光纤法珀式SiC耐高温压力传感器的制造与测试

针对高温环境下压力参数的原位测试需求,基于碳化硅（SiC）材料优异的耐高温特性,研制了一种光纤法珀式全SiC结构耐高温压力传感器。采用超声振动铣磨的加工方法制备了表面粗糙度Ra约11.9 nm的SiC传感膜片。利用SiC晶片氢氟酸辅助直接键合技术,实现SiC传感膜片与SiC基板的高强度气密性键合。搭建了高温压力测试系统,对制备的SiC耐高温压力传感器样机进行了高温环境下的性能测试。结果表明,该传感器能够实现600 ℃高温环境下 0~4 MPa范围内的压力测量;600 ℃下传感器的压力灵敏度达到104.42 nm/MPa,具有较高的线性度,R2＞0.99。     

MEMS封装中阳极键合技术的影响因素研究和设计因素分析

结合MEMS气密性封装的需要,以玻璃与硅晶片阳极键合为例,给出阳极键合的封装工艺,从键合机理的角度研究了玻璃与硅阳极键合的影响因素,并就玻璃与硅阳极键合的设计因素做了分析,得到直径为100mm的Pyrex7740玻璃晶片和硅晶片在键合温度为500℃时,硅晶片的径向应力σrr=134.29MPa;键合后晶片的径向膨胀μ=0.1274mm。     

蓝宝石化学机械抛光时磨粒运动轨迹及抛光效果研究

通过化学机械抛光工艺,获得表面平整度和粗糙度优良的蓝宝石晶片,提高蓝宝石键合接触面的表面性能。采用数值分析软件对蓝宝石晶片化学机械抛光过程中磨粒的运动轨迹进行仿真,结果发现,随着晶片转速的上升,磨粒的覆盖区域增大,当晶片转速与抛光盘转速接近于1∶1时,磨粒的抛光区域覆盖整个晶面。采用控制变量实验的方法研究摆臂的运动和抛光盘的转速对抛光效果的影响,并采用AFM对抛光后的蓝宝石晶片表面形貌进行分析。结果表明,抛光盘转速对抛光效果的影响最大,而移动幅度与移动速度的影响较小。通过调整晶片转速,蓝宝石晶片抛光后达到了键合工艺所要求的表面平整度和表面粗糙度要求。     

一种新颖的低温硅片直接键合技术

提出一种使用CF4等离子体激活处理硅片表面来降低退火温度的低温硅片直接键合新方法.硅片用CF4等离子体激活处理,经过亲水处理预键合后,再在N2保护下进行40h 300℃的热处理,硅片的键合强度达到了体硅本身的强度.     

基于RSM的SiC单晶片表面粗糙度预测及参数优化

通过响应面分析法(RSM)对超声振动辅助金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析和优化。采用中心组合设计实验,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅这4个因素对SiC单晶片表面粗糙度值的影响,建立了SiC单晶片表面粗糙度的响应模型,进行响应面分析,采用满意度函数(DFM)确定了切割SiC单晶体的最佳工艺参数,验证试验表明该模型能实现相应的硬脆材料切割过程的表面粗糙度预测。     

表面活化室温键合技术研究进展

随着半导体技术领域对低温晶圆键合技术的需求不断增长，表面活化键合（Surface activated bonding, SAB）技术开始被广泛研究。与其他键合方式相比，即使在室温下，表面活化键合也能完成牢固的键合，对于常规半导体、金属材料等非常有效。但对于SiO₂、有机物等材料，标准的表面活化键合并不十分适用，限制了其在特定领域的应用。近年来，研究者们提出两种改进型表面活化室温键合技术，通过在表面活化时或活化后向材料表面沉积一层纳米中间层，将晶圆的直接键合转化为纳米中间层间的键合。在键合机理方面，重点分析了材料的表面活化机制、界面原子成键机制以及环境因素对键合强度的影响等。通过对前期研究的分析总结进一步对比了三种表面活化键合技术的优缺点，期望可以推动表面活化键合技术在半导体技术领域的进一步广泛应用。     

面向微流控封装应用的PDMS表面无裂纹改性

基于PDMS的微流控系统的键合封装技术需要PDMS表面具有良好的粘合力和亲水性,作为PDMS表面改性技术,等离子体处理工艺(Plasma)具有高效、快捷、操作简单等特点,但它存在"回复"和裂纹问题。文中介绍了一种结合Plasma和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的二次处理工艺。先利用Plasma技术对PDMS表面进行无裂纹亲水处理,再利用十二烷基硫酸钠溶液对其表面进行二次处理。既可以避免PDMS表面出现裂纹,又可以使PDMS表面亲水性长久的保持。通过实验验证,两次处理后接触角减小为21°,表面粗糙度达到1.71 nm,且表面无裂纹,并经过键合测试后,经过二次处理的PDMS与玻璃和PDMS实现了长久的键合,验证了该工艺技术可行,为微流控系统的键合封装提供了技术基础。     

SiC抛光片表面氧化行为的XPSS、EM研究

本文利用扫描电子显微镜和X光电子能谱研究SiC抛光片表面氧化行为,发现Si面比C面的氧化更显著,产生更多的氧化产物,提出利用扫描电子显微镜和X光电子能谱来鉴别SiC晶片的Si面和C面的新方法。     

不同氧化剂对6H-SiC化学机械抛光的影响

选用胶体SiO₂纳米颗粒为磨粒,研究不同pH值条件下高锰酸钾和双氧水两种氧化剂对6H-SiC晶片化学机械抛光的影响,并使用原子力显微镜观察抛光后表面质量。采用Zeta电位分析仪分析溶液中胶体SiO₂颗粒的Zeta电位,采用X射线光电子能谱分析SiC抛光表面元素及其化学状态。结果表明：SiC晶片的材料去除率随pH值变化而变化,采用高猛酸钾抛光液抛光时,材料去除率在pH 6时达到峰值185 nm/h,R_a为0.25 nm;采用双氧水抛光液抛光时,材料去除率在pH 8时达到峰值110 nm/h,R_a为0.32 nm。pH值低于5时,电负性的SiO₂颗粒会通过静电作用吸附在带正电的SiC表面,抑制SiC晶片表面原子的氧化及去除,降低材料去除率;pH值高于5时,SiO₂颗粒在双氧水抛光液中的静电排斥力弱于高锰酸钾抛光液中静电排斥力,从而影响了SiO₂颗粒的分散性能,降低了抛光效果。采用高锰酸钾抛光液抛光后,SiC晶片表面的Si-C氧化产物含量（Si-C-O、Si₄C_4-xO₂和Si₄C₄O₄）较高,高锰酸钾抛光液的氧化能力较强。     

面向圆片级气密封装的表面活化直接键合技术

通过封装实验和性能检测,成功验证了表面活化直接键合技术应用于圆片级气密封装的可行性.实验中使用刻蚀出方形槽的硅圆片,通过化学表面活化方法.与基板硅圆片在室温下成功预键合,形成气密腔体;经过350℃、5 h的大气环境退火后强化了键合强度及气密性能.利用红外透射方法检测了键合后的硅圆片,其界面完整无明显空洞;键合界面横截面SEM图像显示键合界面均匀平整无显著缺陷.键合而成的气密腔体依次经过氦质谱仪和氟油检漏仪检测其气密性,平均漏率达到了1.175×10-8Pa·m3/s.     

SiC单晶加工参数优化及表面粗糙度预测

因独特的共价键晶体结构,SiC单晶具有较高的硬度和脆性,是典型的难加工材料。以横向超声激励线锯的方法对SiC单晶进行切割,采用正交实验设计,并引入灰色关联分析法研究切割过程中锯切力、晶片表面粗糙度等多目标与主要加工参数之间的影响关系,以及获得线锯加工最优参数组合,即工件进给速度0.025mm/min、超声振幅1.8μm、线锯速度1.6m/s、工件转速16r/min为最优加工参数组合,并通过实验进行验证。采用果蝇优化算法优化灰色神经网络模型(FOA-GMNN)对SiC单晶片的表面粗糙度Ra进行预测,结果表明:FOA-GMNN模型收敛速度快,鲁棒性好,预测精度高,预测值与实验值的平均相对误差为2.09%。     

大尺寸SiC单晶片的超硬磨料切割技术研究进展

在SiC单晶片的制造中,切割是加工SiC单晶片的关键工序,其成本占整个加工成本的50%以上。然而,传统的切割技术还存在一定的缺点或局限性。本文在分析传统切割技术的基础上,较详细地介绍了金刚石线锯超声纵向振动切割技术,指出金刚石线锯超声纵向振动切割技术与相同实验条件下的未施加超声振动的锯切方法相比,具有加工材料去除率高、表面质量好、加工表面损伤小、挠曲变形小、切片薄、片厚一致性好、能切割大尺寸SiC锭等优点,是应用前景非常广泛的切割方法。     

金刚石线锯横向超声振动切割SiC单晶表面 粗糙度预测*

把横向超声振动应用到金刚石线锯切割硬脆材料加工中,基于冲量原理分析了线锯横截面上不同位置处金刚石磨粒对工件的法向锯切力。应用压痕断裂力学理论,定量分析了在法向和切向载荷共同作用下磨粒下方中位/横向裂纹扩展的长度和深度。研究了振动磨粒在工件上间歇加载和卸载使横向裂纹优先扩展并抑制中位裂纹扩展的屏蔽效应。建立了横向振动线锯切割硬脆材料时线锯横截面不同位置处磨粒的材料去除模式模型,得到了横向振动线锯切割硬脆材料晶片表面粗糙度的预测公式。以SiC单晶为切割对象,进行普通线锯和横向超声振动线锯切割对比试验,测定线锯的锯切力和晶片表面粗糙度,并对表面形貌进行观察。结果表明,横向超声振动线锯切割SiC是以脆性去除为主塑性去除为辅的混合材料去除模式;同等试验条件下,超声振动线锯切割能使晶片表面粗糙度降低25.7%。表面粗糙度测试结果与理论预测具有较好的一致性。     

SiC单晶片加工过程中切割力的分析与建模

SiC单晶具有优良的物理和机械性能,在微电子和光电领域得到了广泛应用,然而由于其高硬度和脆性,晶片的制造非常困难、效率低下。为提高SiC单晶片的加工质量和加工效率,分析了SiC单晶片线锯切割过程中的受力情况;从切屑变形和摩擦两个方面,建立单颗磨粒的法向和切向受力模型,进而得到线锯切割力与工艺参数及线锯物理属性的关系模型;设计了切割力的试验装置,通过不同加工参数下的试验研究,确定了关系模型中的应力系数;通过理论值与试验值的对比校验,法向力和切向力预测值的误差小于9.18%,并对误差产生原因作了分析。结果表明,该切割力理论模型可以对SiC单晶片在同等线锯切割环境下的切割力进行有效预测,为切削力的优化控制提供了理论依据。     

辅助溶剂对PMMA微流控芯片模内键合的影响

为了提高聚合物微流控芯片的键合效率,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片为对象,以微型注塑机为平台,研究了聚合物模内键合方法.利用注塑机提供的合模力作为键合力,利用模温机提供键合温度,选择异丙醇作为辅助溶剂,借助溶剂溶解特性来降低模内键合中的键合温度和压力.在30～70℃,用测量显微镜和台阶仪测试分析了不同键合温度条件下,辅助溶剂对芯片的表面形貌和微通道结构的影响;利用辅助溶剂进行模内键合实验,用电子万能实验机测试了芯片的键合强度,对模内键合工艺参数进行了优化.结果表明:异丙醇对键合质量的影响与键合温度、键合时间有关,在较高温度下会使芯片产生皲裂、微沟槽变形和堵塞;在键合温度为35℃,键合时间为5 min时,芯片的表面质量和微沟槽形貌较完整,键合强度不小于2.64 MPa.     

PDMS基体等离子法键合工艺及效果分析

为探究聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体在等离子法下以不同工艺参数处理及处理后在不同键合时间,键合加载压力下的PDMS-PDMS键合效果,设计进行了3因素4水平正交试验及对比试验。试验结果表明:因素影响从主到次的顺序为空气流量、改性时间、射频功率,得到快速不可逆键合(键合5 min)工艺参数:400 W,2.5 L/min,2 min;中、高射频功率(300 W以上)键合10 h键合效果达到实验要求,低射频功率(200 W以下)键合超过24 h仍未达到试验要求;当键合加载压力超过0.4 MPa时,键合效果显著提升。     

热超声键合PZT阻抗和功率动态特性研究

鉴于热超声芯片封装工艺的键合点空间高度局部化和时间瞬态性等特点，通过分析系统前端PZT阻抗和功率的动态变化规律，研究了芯片金球凸点与基板的键合过程及键合质量。结果表明：对于恒压源的键合系统，PZT换能器电流、阻抗及功率信号可表征键合过程的动态变化，且可将金球凸点与基板键合过程分为初始、平稳、结束三个阶段；键合环境的变化反映在PZT阻抗和功率变化之中，且PZT阻抗和功率与键合强度存在直接关系。试验及分析表明，PZT换能器阻抗和功率变化反映了金球凸点与基板键合过程及键合质量的差别，可用以分析整个键合系统。     

磁流变-化学机械复合抛光装置设计

针对SiC晶片外延膜生长需达到原子级超光滑表面的要求以及加工效率低、表面精度差的问题,提出了一套磁流变-化学机械精密抛光装置,该装置利用软件平台对抛光盘和工件运动精确控制,并具有温度、转速等参数微调及显示功能。对装置的工作原理、结构进行了介绍,并在该装置上进行了工艺试验,取得较高的加工效率和光滑无损伤的加工表面。     

SiC单晶片加工技术的发展

SiC单晶的材质既硬且脆,加工难度很大。本文介绍了加工SiC单晶的主要方法,阐述了其加工原理、主要工艺参数对加工精度及效率的影响,提出了加工SiC单晶片今后主要研究的方向。     

液压传动系统的动态特性(六)

第六讲功率键合图法本讲介绍应用功率键合图建立系统状态方程及对这种状态方程的数字仿真方法。这种方法可以直接应用非线性方程进行数字仿真,不需要线性化处理,因而扩大了解题范围。同时此方法所选择的状态变量,不是某一变量和输入量高阶导数线性组合,而是一些实际的物理量,这无疑对分析过渡过程中