Cu—Cu键合工艺及其在高功率声光器件中的应用

介绍了一种低温Cu—Cu扩散键合工艺技术,利用电子束蒸发Cr/Cu薄膜作为键合层制作了声光调制器。实验表明,Cr/Cu/Cu/Cr键合层厚为755.5 nm、键合温度120℃、键合压强30 MPa时,器件键合强度可达2.7 MPa。采用该工艺制作的调制器能够承受的最大电功率为8 W/mm~2,且峰值衍射效率达到70%,为研制高功率声光器件奠定了工艺基础。     

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.     

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。     

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。     

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。     

Ag-Pd纳米合金低温连接及其抗电化学迁移性能

纳米银焊膏能够实现低温连接、高温服役,同时具有优异的导电、导热性能,其缺点是非常容易发生电化学迁移。本文采用脉冲激光沉积成功制备了完全互溶的Ag-10%Pd纳米合金,并将其用于SiC芯片的封装互连,旨在提高纳米颗粒烧结层的抗电化学迁移能力,同时保持纳米颗粒的低温烧结特性。研究表明,采用Ag-10%Pd纳米合金烧结连接SiC芯片及镀银的直接覆铜基板(DBC),在250℃的温度下可以实现剪切强度为21.89 MPa的接头,达到了美国军标MIL-STD-883K的要求(7.8 MPa)。Ag-Pd纳米合金抗电化学迁移能力是同等条件下纯银的4.3倍。在Ag-Pd纳米合金中,银离子的析出受到PdO的阻碍,迁移产物呈云雾状分布,有效延长了电极的短路时间。脉冲激光沉积Ag-Pd纳米合金的烧结避免了传统银、钯颗粒直接混合方法后续高达850℃的合金化过程。Ag-Pd纳米合金作为封装互连材料是实现低温连接的有效保证,并有望为功率电子器件的高可靠性封装提供解决方案。     

含TSV结构的3D封装多层堆叠Cu/Sn键合技术

研究了利用Cu/Sn对含硅通孔(TSV)结构的多层芯片堆叠键合技术。采用刻蚀和电镀等工艺,制备出含TSV结构的待键合芯片,采用扫描电子显微镜(SEM)对TSV形貌和填充效果进行了分析。研究了Cu/Sn低温键合机理,对其工艺进行了优化,得到键合温度280℃、键合时间30 s、退火温度260℃和退火时间10 min的最佳工艺条件。最后重点分析了多层堆叠Cu/Sn键合技术,采用能谱仪(EDS)分析确定键合层中Cu和Sn的原子数比例。研究了Cu层和Sn层厚度对堆叠键合过程的影响,获得了10层芯片堆叠键合样品。采用拉力测试仪和四探针法分别测试了键合样品的力学和电学性能,同时进行了高温测试和高温高湿测试,结果表明键合质量满足含TSV结构的三维封装要求。     

一种PMMA表面改性的热压键合方法研究

介绍了一种基于表面改性技术的PMMA热压键合新方法。PMMA表面首先用其单体MMA进行改性，然后在真空热压设备中热压键合。主要的键合参数如下：键合压力0．5MPa～2．5MPa，温度88℃～100℃，时间180s。通过拉力法测量了键合强度，其最大值可达到0．15MPa。实验结果表明，与常规的热压键合方法相比，该方法可有效地降低键合温度，减少键合时间，提高键合强度，从而可减少对PMMA基片上微细图形结构的破坏。使用聚合物的单体（MMA）对PMMA进行改性，可避免对微管道产生化学污染，有利于集成毛细管电泳的生化分析。利用品红和氢氧化钠混合溶液对键合后的微流体芯片进行密封性测试，结果表明，封装后的微流体芯片没有出现泄漏的情况。     

Au丝键合改为Cu丝键合技术

现阶段Au丝作为内引线一直占着键合的主导地位,由于Cu丝具有优良的电性能和价格优势,随着键合技术的发展,以Cu丝代替Au丝作为键合用内引线已经成为必然,封装行业许多厂家正热衷于将原有的Au丝键合设备进行改造,但还存在这样那样的问题。以Au丝键合改为Cu丝键合的技术研究为出发点,首先介绍了键合技术的发展,然后通过工艺调整和设备改造,使得Cu丝作为内引线能够代替Au丝在该设备上使用,同时达到了节约生产成本,节约资金的目的。对改造过程中的气体流量、压力、功率、焊接时间等参数问题进行了详细地阐述,同时对芯片、键合劈刀等也做了相应调整,使得改造后的检测结果完全满足产品要求。大力推进以Cu丝替代Au丝键合技术,可节约生产成本,提高键合强度,增强导电率、导热率等,具有重要的经济技术效益,必将迎来封装业的又一次大变革。     

基于混合电极两步键合工艺的阳极键合研究

提出了一种基于新型混合电极的两步键合工艺。阳极键合工艺是在自行设计的多功能键合系统中完成,分析了不同电极配置对键合时间,键合强度以及键合界面的影响,并详细分析了键合界面和键合强度。借助于新型混合电极结构,能够在15-20min内实现无气泡晶圆级阳极键合,其键合强度高于10MPa。 以上结果表明,该种键合方法有非常好的应用价值,能应用于绝大多数晶圆级MEMS封装。     

用苯并环丁烯进行圆片级硅–硅气密性键合

应用苯并环丁烯(BCB)材料对硅片进行了圆片级低温键合,并研究了其在气密性封装工艺中的应用。测试表明:在250℃的低温键合条件下,封装后样品的气密性优于3.0×10–4Pa.cm3/sHe;剪切力达4.7MPa以上;封装样品合格率达94%以上;通过热循环可靠性测试之后仍具有很好的气密性。BCB是一种较理想的圆片级低温气密性健合封装材料。     

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)×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.     

基于DOE和BP神经网络对Al线键合工艺优化

Al丝超声引线键合工艺被广泛地应用在大功率器件封装中,以实现大功率芯片与引 线框架之间的电互连.Al丝引线键合的质量严重影响功率器件的整体封装水平,对其工艺参数的优化具有重要工业应用意义.利用正交实验设计方法,对Al丝引线键合工艺中的三个最重要影响因数(超声功率P/DAC、键合时间t/ms、键合压力F/g)进行了正交实验设计,实验表明拉力优化后的工艺参数为:键合时间为40 ms,超声功率为25 DAC,键合压力为120g;剪切推力优化的工艺参数为:键合时间为50 ms,超声功率为40 DAC,键合压力为120 g.基于BP神经网络系统,建立了铝丝超声引线键合工艺的预测模型,揭示了Al丝超声键合工艺参数与键合质量之间的内在联系.网络训练结果表明训练预测值与实验值之间符合很好,检验样本的结果也符合较好,其误差基本控制在10%以内.     

石墨烯MEMS压力传感器Au/Sn共晶键合气密性封装

针对石墨烯MEMS压力传感器气密性封装的需求,设计出一种用于石墨烯MEMS压力传感器芯片级Au/Sn共晶键合工艺方法。石墨烯压力传感器芯片键合密封环金属采用50/400 nm的Cr/Au,基板键合密封环金属采用50/400/500/3 nm的Cr/Au/Sn/Au。随后使用倒装焊机在280℃以及8 kN的压力环境下保持6 min,完成芯片与基板的Au/Sn互溶扩散键合工艺,从而实现石墨烯压力传感器芯片的气密性封装。对键合指标进行测试,平均剪切力达20.88 MPa,平均漏率为4.91×10^-4 Pa·cm³/s,满足GJB548B-2005的要求。通过比较键合前后的芯片电学特性,石墨烯敏感结电阻平均值变化了1.1%,具有较高的稳定性。此外键合界面能谱测试结果符合Au/Sn键合金属合金元素组分,为石墨烯MEMS压力传感器低成本、高效率气密性封装奠定了基础。     

功率器件封装工艺中的铝条带键合技术

文章回顾了功率器件封装工艺中几种常见的互连方式,主要介绍了铝条带键合技术在功率器件封装工艺中的主要优点,特别是它应用在小封装尺寸的功率器件中。铝条带的几何形状在一定程度上降低了它在水平方向的灵活性,但却增加了它在垂直方向上的灵活性。铝条带垂直方向的灵活性可以让我们使用最少的铝条带条数来达到功率器件键合的要求。也由于几何形状的不同,铝条带键合具有一些不同于铝线键合的特点,但它对粘片工艺、引线框架和包封工艺的要求与粗铝线键合极其相似,可以与现有的粗铝线键合工艺相兼容,不需要工艺和封装形式的重新设计。     

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.     

键合功率对银线键合质量的影响

铜线键合技术是半导体封装的关键技术之一,影响键合质量的因素有很多。本文基于热压超声键合的方法,对影响铜线键合质量的主要工艺参数——键合功率,进行DOE研究分析。通过对键合后的产品进行焊点剪切失效模式、拉伸失效模式以及弹坑实验分析,研究键合功率对键合质量的影响,进而确定合理的工艺参数,最终应用于大批量生产。     

Cu/Sn等温凝固技术在MEMS气密封装中的应用

研究了Cu/Sn等温凝固键合技术在MEMS气密性封装中的应用。设计了等温凝固键合多层材料的结构和密封环图形,优化了键合工艺,对影响气密性的因素(如密封环尺寸等)进行了分析。在350°C实现了良好的键合效果,其最大剪切强度达到27.7MPa,漏率~2×10-4Pa·cm3/sHe,完全可以满足美国军方标准(MIL-STD-883E)的要求,验证了Cu/Sn等温凝固键合技术在MEMS气密封装中的适用性。