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。     

基于晶圆键合的MEMS圆片级封装研究综述

为提升微机电系统（MEMS）器件的性能及可靠性,MEMS圆片级封装技术已成为突破MEMS器件实用化瓶颈的关键,其中基于晶圆键合的MEMS圆片级封装由于封装温度低、封装结构及工艺自由度高、封装可靠性强而备受产学界关注。总结了MEMS圆片级封装的主要功能及分类,阐明了基于晶圆键合的MEMS圆片级封装技术的优势。依次对平面互连型和垂直互连型2类基于晶圆键合的MEMS圆片级封装的技术背景、封装策略、技术利弊、特点及局限性展开了综述。通过总结MEMS圆片级封装的现状,展望其未来的发展趋势。     

焊料键合实现MEMS真空封装的模拟

结合典型的焊料键合MEMS真空封装工艺,应用真空物理的相关理论,建立了封装腔体的真空度与气体吸附和解吸、气体的渗透、材料的蒸气压、气体通过小孔的流动等的数学模型,确定了其数值模拟的算法．通过实验初步验证了模拟结果的准确性,分析了毛细孔尺寸对腔体和烘箱真空度的影响,实现了MEMS器件真空封装工艺的参数化建模与模拟和仿真优化设计．     

焊料键合实现MEMS真空封装的模拟

结合典型的焊料键合MEMS真空封装工艺,应用真空物理的相关理论,建立了封装腔体的真空度与气体吸附和解吸、气体的渗透、材料的蒸气压、气体通过小孔的流动等的数学模型,确定了其数值模拟的算法.通过实验初步验证了模拟结果的准确性,分析了毛细孔尺寸对腔体和烘箱真空度的影响,实现了MEMS器件真空封装工艺的参数化建模与模拟和仿真优化设计.     

MEMS圆片级真空封装金硅键合工艺研究

提出一种适用于微机电系统(MEMS)圆片级真空封装的键合结构,通过比较分析各种键合工艺的优缺点后,选择符合本试验要求的金硅键合工艺.根据所提出键合结构和金硅键合的特点设计键合工艺流程,在多次试验后优化工艺条件.在此工艺条件下,选用三组不同结构参数完成键合试验.之后对比不同的结构参数分别测试其键合质量(包括键合腔体泄漏率...     

高g微机械加速度传感器芯片盖帽封装设计北大核心

为了提高高g微机械加速度传感器在极端恶劣环境中应用的可靠性,根据自制的高g微机械加速度传感器芯片,研究设计了一种新型＂台阶式＂传感器芯片的盖帽封装结构。利用圆片级键合工艺和有限元分析（FEA）方法确定了盖帽封装结构材料与尺寸的设计方案。优化微电子机械系统（MEMS）加工工艺流程完成对盖帽封装结构的加工,并通过数字电子拉力机对实现圆片级盖帽封装的传感器芯片进行键合强度测试。测试结果表明,键合强度为35 000 kPa,远大于抗过载封装设计要求下的键合强度值（401.2 kPa）,证明了盖帽封装结构设计的可行性和可靠性。     

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。     

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.     

谐振式微型电场传感器芯片级真空封装及测试

为了降低传感器的驱动电压,提高该器件的品质因数和信噪比,该文研究封装材料和工艺对真空封装性能的影响,针对一种微机电系统(MEMS)谐振式微型电场敏感结构芯片,采用独特的共晶键合技术,实现该传感器的芯片级真空封装。实验结果表明,该传感器封装后的品质因数达到了30727.4,是常压封装的500倍;该封装器件具有更低的驱动电压,只需要直流分量100 mV和交流分量60 mVp-p,与常压测试时相比,分别只有原来的1/200和1/16。     

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。     

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。     

MEMS器件封装技术

综述了微电子机械系统(MEMS)封装主流技术,包括芯片级封装、器件级封装和系统及封装技术进行了。重点介绍了圆片级键合、倒装焊等封装技术。并对MEMS封装的技术瓶颈进行了分析。     

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.     

圆片级封装的新颖对准技术

对于3D互连、圆片级封装(WLP)和先进的MEMS器件的圆片键合,精密对准是一项关键技术,不同的MEMS,常常包含双面加工处理,而IC和CMOS制造业则只利用单面加工处理步骤,因此,圆片到圆片的对准必须使用设置在键合界面(也就是面对面)中的对准标记。论述了面对面对准方法的主要步骤,最新结果报导,用一种特殊开发的对准系统获得了≤1μm的对准精度。设备主要是为圆片对圆片的对准和键合而设计。     

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.     

一种MEMS陀螺晶圆级真空封装工艺

为了提高MEMS陀螺的品质因数(Q值),提出了一种晶圆级真空封装工艺。先在陀螺盖帽晶圆上刻蚀出浅腔,然后在浅腔结构上制备钨(W)金属引线,再通过PECVD工艺淀积介质层,在介质层上制备钛/金(Ti/Au)键合环,最后将盖帽晶圆与制备好的结构晶圆完成金硅共晶键合,并利用吸气剂实现晶圆的长久真空封装。经测试,采用本方案的封装的气密性与金属层厚度紧密相关,调整合适的金属层厚度后可使真空泄漏速率小于2.0×10-12 Pa·m~3·s-1。此外,设计了一种特殊的浅腔阵列结构,该结构将金硅键合强度从小于20 MPa提升至大于26 MPa,同时可防止键合时液相合金向外溢流。对陀螺芯片的性能测试表明,该真空封装工艺简单有效,封装气密性良好,Q值高达168 540,满足设计指标要求。     

MEMS封装中真空封口及真空度检测技术

通过对MEMS封装技术进行研究攻关 ,突破了针对微机械陀螺仪器件性能发挥所需的真空封口技术及真空度检测技术 ,使器件品质因数提高将近 10倍     

MEMS封装中真空封口及真空度检测技术

通过对MEMS封装技术进行研究攻关,突破了针对微机械陀螺仪器件性能发挥所需的真空封口技术及真空度检测技术,使器件品质因数提高将近10倍.