单片集成MEMS中的阳极键合工艺

分析了阳极键合工艺的原理及其工艺条件对CMOS电路的影响，并通过理论分析和实验研究了单片集成MEMS中的两种阳极键合方法：对于玻璃在硅片上方的键合方式，通过在电路部分上方玻璃上腐蚀一定深度的腔及用氮化硅层保护电路可以在很大程度上减轻阳极键合工艺的影响；而玻璃在硅片下方的键合方式，硅片上的电路几乎不受阳极键合工艺的影响，两种方法各有优缺点。     

圆片级真空封装技术在MEMS陀螺中的应用

为维持MEMS硅微陀螺的真空度,利用两次硅-玻璃阳极键合和真空长期维持技术,实现了MEMS硅微陀螺的圆片级真空气密性封装。制作过程包括:先将硅和玻璃键合,在硅-玻璃衬底上采用DRIE工艺刻蚀出硅振动结构;再利用MEMS圆片级阳极键合工艺在10-5 mbar(1 mbar=100 Pa)真空环境中进行封装;最后利用吸气剂实现圆片的长期真空气密性。经测试,采用这种方式制作出的硅微陀螺键合界面均匀平整无气泡,漏率低于5.0×10-8 atm.cm3/s。对芯片进行陶瓷封装,静态下测试得出品质因数超过12 000,并对样品进行连续一年监测,性能稳定无变化。     

无压力辅助硅/玻璃激光局部键合

提出了一种新的无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法,通过对晶圆进行表面活化处理,选择合适的激光参数及加工环境,成功地实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合.同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等的影响.实验表明,激光功率越大,扫描速度越小,键合线的宽度就越大.实验结果显示,该方法能有效减少键合片的残余应力,控制键合线宽,并能得到较好的键合强度.该工艺可为MEMS器件的封装与制造提供简洁、快速、键合区可选择的新型键合方法.     

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。     

无压力辅助硅/玻璃激光局部键合

提出了一种新的无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法,通过对晶圆进行表面活化处理,选择合适的激光参数及加工环境,成功地实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合.同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等的影响.实验表明,激光功率越大,扫描速度越小,键合线的宽度就越大.实验结果显示,该方法能有效减少键合片的残余应力,控制键合线宽,并能得到较好的键合强度.该工艺可为MEMS器件的封装与制造提供简洁、快速、键合区可选择的新型键合方法.     

一种硅微机械陀螺制造方法研究

给出了一种硅微机械陀螺制造方法,该方法可适用于各种不同的微机电系统(MEMS)器件,包括加速度计、剪切应力传感器及MEMS光开关等。利用该方法制备了硅微机械陀螺,并给出了该陀螺的性能测试结果。同时分析了利用该方法制备各种不同器件时,工艺流程对器件性能的影响,重点讨论了硅-玻璃阳极键合、减薄工艺及深刻蚀所形成的侧壁质量,包括侧壁垂直度、侧壁杂质等因素对器件性能的影响。     

用于MEMS器件的键合工艺研究进展

随着MEMS器件的广泛研究和快速进步,非硅基材料被广泛用于MEMS器件中.键合技术成为MEMS器件制作、组装和封装的关键性技术之一,它不仅可以降低工艺的复杂性,而且使许多新技术和新应用在MEMS器件中得以实现.目前主要的键合技术包括直接键合、阳极键合、粘结剂键合和共晶键合.     

MEMS光栅陀螺制造与测试

根据MEMS光栅陀螺工作原理,对陀螺结构仿真,并进行了晶圆级陀螺制造。在ANSYS中建立陀螺结构模型,并进行仿真分析。仿真结果显示,其驱动模态为7 287 Hz,检测模态为7 288 Hz,频差为1 Hz,表明结构有高灵敏度。通过工艺设计,采用溅射、湿法腐蚀、深反应离子刻蚀、阳极键合等工艺成功制造了MEMS光栅陀螺。大气压下搭建的测试系统测得该陀螺的驱动模态为7 675 Hz,检测模态为7 703 Hz,与仿真结果相对误差为5.6%,验证了工艺的可行性。     

应用双电场减小阳极键合过程中MEMS器件可动部件的损伤

提出了采用双电场对硅/玻璃进行阳极键合的方法.采用这种方法,能够有效地避免和减少键合过程中的静电力对MEMS器件的可动敏感部件的损伤和破坏,同时实验结果也验证了该方法.     

应用双电场减小阳极键合过程中MEMS器件可动部件的损伤

提出了采用双电场对硅/玻璃进行阳极键合的方法.采用这种方法,能够有效地避免和减少键合过程中的静电力对MEMS器件的可动敏感部件的损伤和破坏,同时实验结果也验证了该方法.     

用于MEMS器件芯片级封装的金-硅键合技术研究

MEMS器件大都含有可动的硅结构 ,在器件加工过程中 ,特别是在封装过程中极易受损 ,大大影响器件的成品率。如果能在MEMS器件可动结构完成以后 ,加上一层封盖保护 ,可以显著提高器件的成品率和可靠性。本文提出了一种用于MEMS芯片封盖保护的金 硅键合新结构 ,实验证明此方法简单实用 ,效果良好。该技术与器件制造工艺兼容 ,键合温度低 ,有足够的键合强度 ,不损坏器件结构 ,实现了MEMS器件的芯片级封装。我们已经将此技术成功地应用于射流陀螺的制造工艺中     

一种220 GHz滤波器的设计

基于电感膜片矩形波导滤波器设计方法和加工流程,设计了一个220 GHz带通滤波器。滤波器采用玻璃片—硅片—陶瓷片结构,由硅片形成电感膜片结构,玻璃片、陶瓷片键合在硅片上形成闭合的谐振腔,采用集成电路的制作工艺,在加工前分析了工艺特性,优化了滤波器尺寸,避免工艺对滤波器关键尺寸的影响。采用信号源、功率计进行测试,测试结果表明,滤波器在220 GHz具有通带特性,带内损耗约为7 dB。     

微谐振陀螺仪从半球到平面的演变

微谐振陀螺仪是一种固体波动陀螺,常采用微纳制造工艺进行加工,具有小体积、高性能、低功耗、批量化等特点。自1975年世界上第一个半球谐振陀螺诞生以来,微谐振陀螺的谐振子拓扑结构经历了三维结构到二维结构的演变。文章以拓扑结构的发展脉络为主线,对微谐振陀螺的发展过程进行了梳理和总结,最后对目前存在的问题进行了分析,对未来的发展进行了展望。     

Compact 3D-MEMS-meander monopole antenna

A MEMS meander monopole antenna is fabricated in the form of a folded microstrip on the upper and bottom surfaces of the substrate. This design is based on the meander line principle with a three-dimensional structure to achieve reduced size compared to many other small size printed antennas. The MEMS technologies, such as excimer laser drilling and copper electroplating were used in the fabrication of this antenna. This antenna can be mounted on the silicon wafer by anodic bonding technology. The design features 2.45 GHz operating frequency with 190 MHz bandwidth for WLAN applications. The geometric length of the antenna is 21 mm, and the width is 4 mm. Measured results have good agreement with simulation data.     

Tensile tests of micro anchors anodically bonded between Pyrex glass and aluminum thin film coated on silicon wafer

Micro anchor is a kind of typical structures in micro/nano electromechanical systems (MEMS/NEMS), and it can be made by anodic bonding process, with thin films of metal or alloy as an intermediate layer. At the relative low temperature and voltage, specimens with actually sized micro anchor structures were anodically bonded using Pyrex 7740 glass and patterned crystalline silicon chips coated with aluminum thin film with a thickness comprised between 50 nm and 230 nm. To evaluate the bonding quality, tensile pulling tests have been finished with newly designed flexible fixtures for these specimens. The experimental results exhibit that the bonding tensile strength increases with the bonding temperature and voltage, but it decreases with the increase of the thickness of Al intermediate layer. This kind of thickness effect of the intermediate layer was not mentioned in the literature on anodic bonding.