应用BCB材料进行硅-玻璃气密性封装的实验与理论研究

应用苯并环丁烯(BCB)材料对硅片和玻璃片进行了250℃下的圆片级低温键合实验,同时进行了300℃下的硅片与玻璃片阳极键合实验,并对其气密性和剪切力特性进行了对比研究.测试结果表明:在250℃的低温键合条件下,经过500kPa He气保压2h,BCB封装后样品的气密性达到(5.5±0.5)×10-4Pa cc/s He;剪切力在9.0～13.4 MPa之间,达到了封装工艺要求;封装成品率达到100%.这表明应用BCB材料键合是一种有效的圆片级低温气密性封装方法.还根据渗流模型理论,讨论了简易模型下气密性(即渗流率)和器件腔体边缘到划片边缘的间距的关系.     

应用BCB材料进行硅-玻璃气密性封装的实验与理论研究

应用苯并环丁烯(BCB)材料对硅片和玻璃片进行了250℃下的圆片级低温键合实验，同时进行了300℃下的硅片与玻璃片阳极键合实验，并对其气密性和剪切力特性进行了对比研究. 测试结果表明：在250℃的低温键合条件下，经过500kPa He气保压2h, BCB封装后样品的气密性达到(5.5±0.5)E-4Pacc/s He；剪切力在9.0~13.4MPa之间，达到了封装工艺要求；封装成品率达到100%. 这表明应用BCB材料键合是一种有效的圆片级低温气密性封装方法. 还根据渗流模型理论，讨论了简易模型下气密性（即渗流率）和器件腔体边缘到划片边缘的间距的关系.     

应用BCB材料进行硅-玻璃气密性封装的实验与理论研究

应用苯并环丁烯(BCB)材料对硅片和玻璃片进行了250℃下的圆片级低温键合实验,同时进行了300℃下的硅片与玻璃片阳极键合实验,并对其气密性和剪切力特性进行了对比研究.测试结果表明:在250℃的低温键合条件下,经过500kPa He气保压2h,BCB封装后样品的气密性达到(5.5±0.5)×10-4Pa cc/s He;剪切力在9.0～13.4 MPa之间,达到了封装工艺要求;封装成品率达到100%.这表明应用BCB材料键合是一种有效的圆片级低温气密性封装方法.还根据渗流模型理论,讨论了简易模型下气密性(即渗流率)和器件腔体边缘到划片边缘的间距的关系.     

基于BCB键合的MEMS加速度计圆片级封装工艺

对基于BCB的圆片级封装工艺进行了研究,该工艺代表了MEMS加速度计传感器封装的发展趋势,是MEMS加速度计产业化的关键。选用3000系列BCB材料进行MENS传感器的粘结键合工艺试验,解决了圆片级封装问题,在低温250℃和适当压力辅助下≤2．5bar（1bar=100kPa）实现了加速度计的圆片级封装,并对相关的旋涂、键合、气氛、压力等诸多工艺参数进行了优化。     

一种基于BCB键合技术的新型MEMS圆片级封装工艺

苯并环丁烯(BCB)键合技术通过光刻工艺可以直接实现图形化,相对于其他工艺途径具有工艺简单、容易实现图形化的优点。选用4000系列BCB材料进行MEMS传感器的粘接键合工艺试验,解决了圆片级封装问题,采用该技术成功加工出具有三层结构的圆片级封装某种惯性压阻类传感器。依据标准GJB548A对其进行了剪切强度和检漏测试,测得封装样品漏率小于5×10-3Pa.cm3/s,键合强度大于49N,满足考核要求。     

基于聚合物介质的低温硅硅键合研究

聚合物低温键合技术是MEMS器件圆片级封装的一项关键技术。以苯并环丁烯(BCB)、聚对二甲苯(Parylene)、聚酰亚胺(Polyimide)、有机玻璃(PMMA)作为键合介质,对键合的温度、压力、气氛、强度等工艺参数进行了研究,并分析了其优缺点。通过改变Parylene的旋涂、键合温度、键合压力、键合时间等工艺参数进行了优化实验。结果表明,在230 ℃的低温键合条件下封装后的MEMS器件具有良好的键合强度(＞3.600 MPa),可满足MEMS器件圆片级封装要求。     

MEMS低温圆片级键合密封工艺研究

研究了一种使用非光敏苯并环丁烯(BCB)材料的低温硅片级键合,并将其用于压力谐振传感器封装.采用AP3000作为BCB中的黏结促进剂,将谐振片与硅片或Pyrex 7740玻璃晶圆键合,程序简单,低成本,密封性能较高,且键合温度低于250℃.通过拉伸实验,这种键合的剪切强度高于40 MPa.所以此硅片级键合适用于压力传感器的封装.     

MEMS圆片级封装用Cu-Sn低温键合机理与工艺研究

研究了利用低温等温凝固技术实现Cu-Sn键合在MEMS圆片级封装中的应用.基于Cu-Sn二元平衡相图,对键合层结构进行了设计,同时设计了用于测试的键合图形,并对设计的键合结构进行了流片实验.通过对圆片制作及键合等工艺的一系列优化,在250℃的低温条件下生成了熔点为415℃的金属间化合物,获得了良好的键合层.得到的键合样品剪切力强度值达到了GJB548B-2005标准的要求.研究表明,Cu-Sn等温凝固键合技术具有实际应用的潜力.     

一种真空度可调的圆片级封装技术

提出了一种MEMS器件的圆片级封装技术。通过金硅键合和DRIE通孔制备等关键工艺技术,可以实现真空度从102 Pa到2个大气压可调的圆片级封装。作为工艺验证,成功实现了圆片级真空封装MEMS陀螺仪的样品制备。对封装后的陀螺仪样品进行了剪切力和品质因数Q值测试,剪切力测试结果证明封装样品键合强度达到5 kg以上,圆片级真空封装后陀螺的品质因数Q值约为75 000,对该陀螺的品质因数进行了历时1年的跟踪测试,在此期间品质因数Q的最大变化量小于7‰,品质因数测试结果表明封装具有较好的真空特性。     

圆片级BCB键合的Cu-Cu互连技术研究

研究了基于圆片级苯并环丁烯(Benzocyclobutence,BCB)键合技术的Cu-Cu互连的界面情况。提出一种Cu凸点插针形式的圆片级BCB键合结构,研究BCB预固化程度、键合压力以及BCB与Cu厚度差等因素对晶圆界面键合质量的影响,并对此键合结构进行了键合空洞检测与剖面SEM分析,以及温循可靠性评价。结果表明,当预固化温度为210℃、键合压力为2×10~5 Pa,电流密度为20mA/cm~2、Cu与BCB厚度差值为3μm时,键合结构界面无空洞、键合质量高,并且Cu-Cu互连导通良好,接触电阻小于10mΩ。     

Low Temperature Wafer Level Hermetic Package with Benzo-cyclo-butene Material

The wafer level hermetic package method was studied experimentally in low temperature for optoelectronic devices with benzo-cyclo-butene(BCB) material. The results show that the bonding temperature is below 250℃, the helium hermetic capability of both silicon-BCB-silicon and silicon-BCB-glass package are better than 6×10~ -4 Pa·cm~3/s. The shear strength is enough for package. The hermeticity is still good after the 15 cycles' thermal shock test. The relationship between the leakage rate and the distance from the hole to the device border were also discussed with a seepage model.     

一种基于Ag-Sn等温凝固的圆片键合技术

研究了用Ag-Sn作为键合中间层的圆片健合。相对于成熟的Au-Sn键合系统(典型键合温度是280℃),该系统可以提供更低成本、更高键合后分离(De-Bonding)温度的圆片级键合方案。使用直径为100mm硅片,盖板硅片上溅射多层金属Ti/Ni/Sn/Au,利用Lift-off工艺来形成图形。基板硅片上溅射Ti/Ni/Au/Ag。硅片制备好后,将盖板和基板叠放在一起送入键合机进行键合。键合过程在N2气氛中进行,键合过程中不需要使用助焊剂。研究了不同键合参数,如键合压力、温度等对键合结果的影响。剪切强度测试表明样品的剪切强度平均在55.17MPa。TMA测试表明键合后分离温度可以控制在500℃左右。He泄漏测试证明封接的气密性极好。     

Application of Au-Sn eutectic bonding in hermetic radio-frequency microelectromechanical system wafer level packaging

Development of packaging is one of the critical issues toward realizing commercialization of radio-frequency-microelectromechanical system (RF-MEMS) devices. The RF-MEMS package should be designed to have small size, hermetic protection, good RF performance, and high reliability. In addition, packaging should be conducted at sufficiently low temperature. In this paper, a low-temperature hermetic wafer level packaging scheme for the RF-MEMS devices is presented. For hermetic sealing, Au-Sn eutectic bonding technology at temperatures below 300°C is used. Au-Sn multilayer metallization with a square loop of 70 μm in width is performed. The electrical feed-through is achieved by the vertical through-hole via filling with electroplated Cu. The size of the MEMS package is 1 mm × 1 mm × 700 μm. The shear strength and hermeticity of the package satisfies the requirements of MIL-STD-883F. Any organic gases or contamination are not observed inside the package. The total insertion loss for the packaging is 0.075 dB at 2 GHz. Furthermore, the robustness of the package is demonstrated by observing no performance degradation and physical damage of the package after several reliability tests.     

晶圆键合技术在LED应用中的研究进展

简要介绍了晶圆键合技术在发光二极管(LED)应用中的研究背景,分别论述了常用的黏合剂键合技术、金属键合技术和直接键合技术在高亮度垂直LED制备中的研究现状,包括它们的材料组成和作用、工艺步骤和参数以及优缺点.其中,黏合剂键合是一种低温键合技术,且易于应用、成本低、引入应力小,但可靠性较差;金属键合技术能提供高热导、高电导的稳定键合界面,与后续工艺兼容性好,但键合温度高,引入应力大,易造成晶圆损伤;表面活化直接键合技术能实现室温键合,降低由于不同材料间热失配带来的负面影响,但键合良率有待提高.     

Wafer-Lever Hermetic Package with Through-Wafer Interconnects

This paper reports a new wafer-level hermetic packaging structure with the features of low processing cost and high I/O density by using wet and dry sequentially etched through-wafer vias for the interconnects of a microelectro mechanical systems (MEMS) device. A thin Si wafer cap and wafer-level fabrication processes such as deep reactive ion etching (DRIE) and KOH etching, bottom-up copper filling, and Sn solder bonding were adopted. The hermeticity and bonding strength of the structure are evaluated. Preliminary results show that the hermeticity can meet the requirement of the criterion of MIL-STD 883E, method 1014.9, and the bonding strength is up to 8 MPa.     

基于平行缝焊工艺的AuSn合金焊料封盖技术研究

为了解决聚合物粘结电路的质量与长期可靠性问题,提出了一种采用平行缝焊工艺对AuSn合金焊料熔封器件进行封盖的新方法。通过对平行缝焊工艺的深入研究,解决了该类器件封盖的气密性与外观质量问题,从而找到了一种有效解决熔封外壳组装的低温聚合物粘结电路水汽含量、抗剪强度、键合强度控制的新方法。     

MEMS器件封装的低温玻璃浆料键合工艺研究

玻璃浆料是一种常用于MEMS器件封装的密封材料.系统研究了MEMS器件在低温下使用玻璃浆料键合硅和玻璃的过程.与大多数MEMS器件采用的玻璃浆料相比(烧结温度400℃以上),此工艺(烧结温度350℃)在键合完成后所形成的封装结构同样具有较高的剪切强度(封装器件剪切强度大于360 kPa),同时具有较好的气密性(合格率达到93.3%),漏率测试结果符合相关标准.结果表明,在保证MEMS器件封装剪切强度和气密性的同时,降低键合温度条件是可以实现的.     

Polymer-Protected Cu-Ag Mixed NPs for Low-Temperature Bonding Application

A simple method has been proposed to prepare polymer-protected Cu-Ag mixed nanoparticles (NPs), which are suitable for use as low-temperature bonding materials. The polymer coated on the Cu-Ag mixed NPs can protect them from oxidation effectively when heated in air at temperature lower than 280°C. The low-temperature bonding process utilizing Cu-Ag mixed NPs as the bonding material is investigated. The bonding experiments show that robust joints are formed using Cu-Ag mixed NPs at 160°C in air. The shear test shows that addition of copper to silver is helpful for improving joint strength. This novel sintering-bonding technology using Cu-Ag mixed NPs as an interconnection material has potential for application in the electronics packaging industry.