基于玻璃浆料键合的硅基漏孔封接工艺优化研究

随着漏孔在超高真空计量应用的广泛需求,目前常用的Torr-Seal胶封接方法由于其高放气率而不再适用,迫切需要一种放气率低、气密性好的封接方法。本文提出了一种新的基于玻璃浆料键合的硅基漏孔封接方法,即利用玻璃浆料键合工艺将硅片封接到可伐管上,并通过法兰连接到真空测试系统中。研究优化了玻璃浆料的热调节工艺,并使用氦质谱检漏仪测量了封接组件的本底漏率。测量结果显示,在一个大气压的上游压力下测得的最小本底漏率为1.0×10~(-13) Pa·m~3/s。采用仿真软件ANSYS对封接的降温阶段进行了热应力分析,根据仿真结果证明了可伐合金的优越性。     

基于玻璃浆料键合的硅基漏孔封接工艺优化研究北大核心CSCD

随着漏孔在超高真空计量应用的广泛需求,目前常用的Torr-Seal胶封接方法由于其高放气率而不再适用,迫切需要一种放气率低、气密性好的封接方法。本文提出了一种新的基于玻璃浆料键合的硅基漏孔封接方法,即利用玻璃浆料键合工艺将硅片封接到可伐管上,并通过法兰连接到真空测试系统中。研究优化了玻璃浆料的热调节工艺,并使用氦质谱检漏仪测量了封接组件的本底漏率。测量结果显示,在一个大气压的上游压力下测得的最小本底漏率为1.0×10-13 Pa·m3/s。采用仿真软件ANSYS对封接的降温阶段进行了热应力分析,根据仿真结果证明了可伐合金的优越性。     

聚合物微流控芯片超声波微熔融键合方法

为了将超声波聚合物焊接技术更好地应用于聚合物微流控芯片的键合,提出基于界面微熔融的聚合物微流控芯片超声波键合方法.设计了适用于该方法的导能筋结构,在合理的键合工艺参数控制下使导能筋结构材料不发生熔融流延,通过键合界面软化润湿来实现对微流控芯片微通道的密封连接.实验结果表明,键合时间仅为0.09 s,键合后微通道的承压能力可达6个大气压,满足微流控芯片的使用要求.面接触导能筋可采用机械加工或注塑方法获得,具有良好的产业化应用前景.     

一种硅基谐振型压力传感器技术研究

文章利用硅／硅键合、减薄抛光和IC工艺技术,开展硅基谐振型压力传感器技术研究,解决了三维体加工与IC工艺兼容的关键技术问题,成功地研制出一种硅基谐振型压力传感器样品,在常压下测试其Q值达到400,进一步参数测试还在进行中。     

阳极键合研究现状及影响因素

为了提高键合质量、优化键合材料,促进阳极键合技术在工业生产中的应用,本文以“硅/玻璃”的阳极键合为例,阐述了阳极键合作为新型连接工艺的键合机理及工艺过程,介绍了现阶段阳极键合在国内外工业生产中的应用实例及相关研究,尤其是在微电子封装领域所展现的杰出应用前景,同时结合阳极键合过程中对键合参数、材料处理等要求,给出了影响键合质量的各种因素,以及在键合过程中常出现的问题及其解决办法.本文立足于键合机理及键合工艺过程,结合不同材料特性,重点阐述了阳极键合这一新型连接工艺的国内外研究现状及影响键合的因素,为进一步提高键合质量、优化键合工艺、开发新的键合材料等提供理论依据.     

B270玻璃-TC4钛合金热压阳极键合连接工艺研究

采用了热压-阳极键合复合连接工艺对B270玻璃/TC4钛合金进行连接,分析了真空热压参数对B270玻璃/TC4钛合金连接界面结构、结合效果的影响,并研究了B270玻璃/TC4钛合金的阳极键合工艺,分析了不同键合工艺参数下的工艺特征。结果表明,当对应的真空热压参数为:T=750℃,t=2 h,P=0.5 MPa,当键合温度T在350~550℃,电场电压V在500~700 V时,有最佳的连接效果。键合界面结构分析发现,整个键合区域是由玻璃-中间过渡层-TC4钛合金的结构组成,界面两侧的化学元素呈梯度分布。     

微静电陀螺仪的结构设计与工艺实现

为了探索微机械陀螺突破精度极限的新途径,设计了一种基于环形转子、体硅加工工艺、转子5自由度悬浮的硅微静电陀螺仪.采用玻璃-硅-玻璃键合的三明治式微陀螺结构,提出了包括双边光刻、反应离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀、玻-硅静电键合、硅片减薄、多层金属溅射等关键工艺的加工路线.在工艺设计中采用铝牺牲层对转子进行约束,在第2次玻-硅键合后再通过湿法去除牺牲层,以得到可自由活动的转子.基于提出的体硅工艺路线,成功加工出了微陀螺敏感结构,并完成了转子5自由度悬浮和加转实验,测试结果表明大气环境下转子转速可达73.3 r/min.     

激光辅助阳极键合方法及实验研究

为了提高MEMS微器件成品的封装质量和效率,本文自主设计了新型的激光辅助阳极键合技术系统,并将其运用于硼硅玻璃BF33与硅的键合实验,成功实现了硅与玻璃在低功率下局部区域的完好键合.采用扫描电子显微镜对键合样本界面的微观结构进行分析,结果表明:在玻璃/硅的键合界面有明显的过渡层生成.使用能谱仪测定玻璃基体、过渡层以及硅层所含的化学元素种类及其质量分数,通过对比分析认为:激光在键合层的致热温度和界面区的强电场导致硼硅玻璃耗尽层中的氧负离子向键合界面迁移扩散,并与硅发生氧化反应形成中间过渡层,而该界面过渡层的形成是实现玻璃/硅键合的基本条件.该种新型键合技术操作简单、速度快、灵活性高,可以针对不同键合材料实时调整激光功率、行走速度、扫描时间等参数,可广泛应用于MEMS封装器件中硅与玻璃的键合.     

热压键合工艺参数对微流控芯片微通道尺寸变形的影响

为减小环烯烃共聚物(COC)芯片热压键合过程中微通道的变形量,采用单因素实验研究了热键合参数对COC芯片微通道变形的影响规律,为键合参数的设置提供一定的理论指导。研究结果表明,键合参数对芯片微通道的变形有较大影响,键合温度的影响最大,对应的变形量最大极差为20.76,键合压力次之,键合时间的影响最小,对应的最小极差为5.04μm,且与连续相相比,键合参数对COC芯片微通道离散相尺寸变形影响更为显著;在热键合过程中,温度和压力过高会使芯片微通道产生永久变形甚至毁坏芯片微结构,为减小变形,可适当地降低键合温度和压力,延长键合时间来弥补键合不完全的问题。     

基于静电键合的聚醚型聚氨酯基固体电解质柔性封装材料

随着小型功能化移动电子装置的高速发展,制备一种柔性、长寿命的高稳定器件替代传统的刚性电子器件的重要性愈加凸显。静电键合是一种先进的材料连接技术,其连接强度高、密封性好、键合温度低、可以实现异种材料连接等特点在柔性器件的封装中展现出巨大的潜能。传统的聚合物固体电解质室温离子电导率低、机械性能差,无法很好的用于静电键合工艺,同时也制约了静电键合在柔性器件制备与封装中的应用。聚氨酯独特的微相分离结构赋予了其良好的物理化学性能,多样化的载流子通道、可调节的柔性链段以及拥有大量可解离锂盐的极性基团等特点使其成为理想固体电解质基体材料成为可能。从4个方面综述了聚氨酯基体材料进行分子结构设计和制备工艺优化的方法,旨在提高其室温离子电导率和机械性能,适合于静电技术的柔性器件封装。     

晶圆直接键合及室温键合技术研究进展

晶圆直接键合技术可以使经过抛光的半导体晶圆,在不使用粘结剂的情况下结合在一起,该技术在微电子制造、微机电系统封装、多功能芯片集成以及其他新兴领域具有广泛的应用。对于一些温度敏感器件或者热膨胀系数差异较大的材料进行键合时,传统的高温键合方法已经不再适用。如何在较低退火温度甚至无需加热的室温条件下,实现牢固的键合是晶圆键合领域的一项挑战。本文以晶圆直接键合为主题,简单介绍了硅熔键合、超高真空键合、表面活化键合和等离子体活化键合的基本原理、技术特点和研究现状。除此之外,以含氟等离子体活化键合方法为例,介绍了近年来在室温键合方面的最新进展,并探讨了晶圆键合技术的未来发展趋势。     

硼硅玻璃与硅阳极键合界面形成机理分析

对硼硅玻璃与硅进行了阳极键合实验,通过扫描电镜对键合界面的微观结构进行分析表明:玻璃/硅的键合界面有明显的中间过渡层生成;分析认为电场力作用下玻璃耗尽层中的氧负离子向界面迁移扩散并与硅发生氧化反应是形成中间过渡层的主要原因,而界面过渡层的形成是硅/玻璃界面键合实现永久连接的直接原因.     

面向电子制造的功率超声微纳连接技术进展

为满足电子制造与封装对新材料与工艺的迫切需求,尤其是高功率、高温服役、高集成度以及高可靠性等新型器件的连接难题,开发了面向电子制造的功率超声微纳连接技术。从固相键合、超声复合钎焊和超声纳米连接3个方面,综述了面向电子制造的功率超声微纳连接技术的原理方法、优势与应用场合。功率超声由于其表面清洁、声流和空化作用,将大幅提升冶金反应速率,有效解决了传统TLP反应温度高时间长,以及Cu和Al等金属的易氧化等问题,甚至攻克了Al2O3,AlN,SiC等陶瓷基板的难润湿以及低温纳米颗粒烧结驱动力不足的难题。综述了该领域多年来的研究成果,聚焦电子制造中的功率超声微纳连接技术,从固相连接领域的引线键合、室温超声金属连接和超声增材制造,到钎焊领域的超声低温软钎焊、超声中高温连接以及超声瞬态液相连接,最后针对第三代半导体高功率器件简述了超声纳米连接,探讨了功率超声微纳连接技术的研究进展及趋势。     

原子环境对B-O键合特征影响的第一性原理研究

B和O是太阳能级多晶硅中的主要非金属杂质,它们经常以B-O原子对的形式存在。利用第一性原理计算方法,通过对比B-O对在真空、B2O3和硅中的键合状态,理解Si环境对B-O键合特征的影响。计算结果表明,在这3种原子环境中,O原子的s和p轨道对键合的贡献都比B原子的s和p轨道大得多。其中,在真空中主要是O的2p轨道参与成键,而在氧化物和硅中O原子的2s轨道和2p轨道都参与成键。在硅中,由于B-O间距较大,以及与Si键合导致B-O键合电子态密度的降低,使B-O对在硅中的结合强度低于在氧化物和真空中。     

基于低温直接键合的血细胞计数芯片结构制备

研究了一种新颖的微流管道血细胞计数器的结构及其工作原理,采用流体动力学对其液体分层流动特性进行了仿真分析,结合图形制备和低温直接键合工艺制作了硅基微流体管道血细胞计数器结构,并采用红外透射方法对微流体管道结构进行了检测.对封闭管道的流通性及结构的键合强度也进行了测量.研究分析表明,采用上述工艺制备的微流体芯片结构与电子器件兼容性好,具有良好的化学惰性和热稳定性,而且管道结构规则,精度高,键合界面层薄,具有较好的应用前景.     

铟封接和硅硅键合技术制作微通道型固定流导元件

提出了一种制作微通道型固定流导元件的方法,即基于硅硅直接键合将刻蚀深度约为1μm的沟槽结构密封成微通道,利用铟熔融封接技术使其与金属法兰结合构成通道型固定流导组件,使用氦质谱检漏仪对其漏率测试。测量结果表明,固定流导元件的流导测量值与理论计算值接近,相对误差不超过22.2%。氦气作为测量气体时,固定流导元件能够从高真空到30000 Pa压强下实现分子流状态,即流导恒定。     

基于Sn/Bi合金的低温气密性封装工艺研究

研究了采用Sn/Bi合金作为中间层的键合封装技术.通过电镀的方法在基片上形成Cr/Ni/Cu/Sn、芯片上形成Cr/Ni/Cu/Bi多金属层,在513K、150Pa的真空环境中进行共晶键合,键合过程不需使用助焊剂,避免了助焊剂对微器件的污染.实验表明:这种键合工艺具有较好的气密性,键合区合金层分布均匀,无缝隙、气泡等缺陷,键合强度较高,能够满足电子元器件和微机电系统(MEMS)可动部件低温气密性封装的要求.     

加速度计的最新发展——微机械硅电容加速度计

本文对用微机械加工技术制成的薄膜型硅电容式微加速度计的国际最新研究动向进行了论述,列举了采用表面微机械加工、硅片键合、硅片溶解等微机械加工技术和有限元分析法来优化结构,达到超高性能和完善工艺、保证成品率以及采用反馈控制技术构成微机电一体化系统来补偿和完善性能的成功例子,列出已达到的性能指标。     

采用金-金键合工艺制备垂直结构氮化镓发光二极管(英文)

本文在采用键合工艺制备以硅为衬底的氮化镓发光二极管的工艺过程中分别尝试采用金-金,金-硅,铝-铝,铝-硅键合对。研究发现金-金键合对得到了100%的键合面积。键合工艺结束后,采用KrF激光分离氮化镓发光二极管的器件层和原蓝宝石衬底。通过超声波造影仪(SAM)和扫描电子显微镜(SEM)研究了金属键合工艺过程中相应的键合机制。     

真空计量标准的研制与应用

兰州物理研究所研制了一系列真空标准装置,可用于真空规、方向规、分压力质谱计、真空漏孔和正压漏孔的校准.其静态膨胀法真空标准装置、动态流量法真空标准装置及超高/极高真空校准装置是用于真空规校准的三套基础标准,覆盖的校准范围为(10-10～105)Pa;程控式真空规校准装置适用于工业部门,其校准范围为(10-4～105)Pa;为实现质谱计的校准,研制了一台具有三路相同独立进样系统的分压力质谱计校准装置,标准分压力通过磁悬浮转子规以两种不同的方法进行测量,该校准装置可实现(10-7～10-1)Pa范围内的分压力校准;为实现真空漏孔的校准,研制了恒压式气体微流量标准装置和固定流导法气体微流量标准装置.恒压式气体微流量标准装置的校准范围为(10-8>～10-2)Pa·m3/s,同定流导法气体微流量标准装置的校准范围为(10-10～10-5)Pa·m3/s,漏孔漏率的校准通过比较被校漏孔和标准气体微流量计在一台四极质谱计上引起示漏气体离子流的大小计算得到;为实现正压漏孔的校准,研制了一台正压漏孔校准装置,采用定容法和定量气体动态比较法对正压漏孔进行校准,校准范围为(5 × 10-5～10-1)Pa·m3/s;研制了一台定向流真空校准装置,实现对方向规的校准和非平衡态分子流的研究,装置的校准范围为(10-7～10-1)Pa.