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。     

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.     

基于超声振动的阳极键合试验台设计

基于超声振动理论,针对当前阳极键合面临的键合温度较高、易产生残余应力对器件结构造成破坏等问题,在分析超声在机械加工中的应用后,创造性地将超声振动应用到MEMS封装中的阳极键合工艺中来,设计了一种键合强度高、试验温度低、结构简单、工作可靠的超声振动阳极键合试验台,为研制超声振动阳极键合机奠定了坚实基础,对于缩短阳极键合时间、降低阳极键合所需温度、提高MEMS器件的键合性能、满足实际生产需要具有重要意义。     

SDB技术在MEMS加速度计中的应用

介绍了硅硅直接键合(SDB)技术的反应机理、实现方法和技术优势,重点阐述了SDB技术在MEMS加速度计中的应用;通过初步测试,表明利用SDB技术制作的加速度计具有很好的稳定性.     

金硅共晶键合在微机械Golay-cell红外探测器中的应用

利用硅微机械加工技术制备微机械Golay-cell红外探测器硅可动敏感薄膜,探测器气室由带薄膜结构硅片与带孔结构硅片键合密闭形成,气室中敏感气体吸收红外辐射而膨胀,使硅膜产生形变,借助硅膜电极板与金属电极板形成的平行板电容反映该形变变化量.运用Si/Ti/Au/Au/Ti/Si实现对探测器的金/硅共晶键合封装,形成气室,制备出探测器样品并初步得到响应.该键合方法能够进行选择区域键合,实验证明键合强度达到体硅强度.     

一种基于Au-In共晶的低温键合技术

介绍了Au-In键合在MEMS芯片封装中的应用.根据现有的工艺设备和实验条件对制备铟凸点阵列进行了工艺设计,对铟凸点制备技术进行了研究,最终在硅圆片上制备了6 μm高的铟凸点阵列.在150～300 ℃下成功地进行了Au-In倒装键合实验.在300 ℃,0.3 MPa压力下键合的剪切强度达到了5 MPa.     

谐振式MEMS压力传感器的制作及圆片级真空封装

为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜;然后,通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后,利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔,通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接,成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明:该真空封装方案简单有效,封装气密性良好;传感器在10kPa~110kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99999 542。     

内置皮拉尼计的硅通孔圆片级MEMS真空封装研究

针对现有的圆片级真空封装存在检测难、易泄漏等问题,提出了内置皮拉尼计的硅通孔圆片级MEMS真空封装方法。研制了用于圆片级真空封装导线互连的硅通孔,探讨了玻璃盖板与硅圆片之间阳极键合工艺与硅圆片与硅圆片之间的金硅共晶键合工艺,研制了用于检测封装壳体内部真空度的皮拉尼计; 研制了内置皮拉尼计的4英寸硅通孔圆片级真空封装,研制了低温激活非蒸散型吸气剂。实验研究表明,该研究解决了长时间保持真空度的问题。     

表面处理对碳化硅直接键合的影响研究

SiC的直接键合对于许多应用于高温环境的MEMS微器件有着非常重要的应用价值,但是晶片的表面处理是影响SiC直接键合的关键因素。设计中采用改进后的湿法清洗方法和等离子体处理对晶片表面进行处理;从而得到满足直接键合的洁净度和粗糙度。最后利用热压法实现了SiC的直接键合,并且估计其键合能为14.47 MPa。     

新型硅-铝-硅结构MEMS加工技术及应用

提出了一种新型的硅-铝-硅结构的MEMS器件加工技术.采用了微电子工艺中的铝-硅烧结技术,将具有铝层的两个硅片键合在一起,并采用全干法深刻蚀技术在其中的一层硅片上进行MEMS器件的加工.该技术已成功应用到MEMS光开关及其他MEMS器件的制作中.     

星载微波组件微组装技术研究

星载微波组件是天基合成孔径雷达的核心部件,它由许多元器件经过高密度组装而成。针对天基雷达星载微波组件高精度、高一致性、高可靠微组装的技术要求,文中开展了星载微波组件微组装技术研究,重点介绍了低空洞率芯片焊接、低出气率芯片胶接、高可靠引线键合、抗辐照防护设计、低水汽含量气密封装等一系列关键技术,成功研制了高精度、高一致性、高可靠的星载微波组件,满足了某型天基合成孔径雷达的相关技术要求。研究成果为高精度、高一致性、高可靠微波组件的研制奠定了技术基础。     

MEMS技术的研究现状和新进展

介绍MEMS技术几个主要方面的研究现状和最新进展:MEMS的加工技术、封装技术、检测技术。阐述MEMS技术仍面临的问题。     

微机械的制造技术及应用

介绍了微机械系统制造工艺技术,体微机械,表面微机械加工技术,键合技术及ＬＩＧＡ技术,并对这些技术的应用进行阐述。     

The electrostatic-alloy bonding technique used in MEMS

Electrostatic-alloy bonding of silicon wafer with glass deposited by Au to form Si/Au-glass water, and bonding of Si/Au-glass with silicon wafer were researched during fabrication of pressure sensors. The silicon wafer and glass wafer with an Au film resistor were bonded by electrostatic bonding, and then Si-Au alloy bonding was formed by annealing at 400°C for 2 h. The air sealability of the cavity after bonding was finally tested using the N₂ filling method. The results indicate that large bond strength was obtained at the bonding interface. This process was used in fabricating a pressure sensor with a sandwich structure. The results indicate that the sensor presented better performances and that the bonding techniques can be used in MEMS packaging. __________ Translated from Journal of Harbin Institute of Technology, 2005, 37(1) (in Chinese)     

硅基MEMS技术

结合MEMS技术的发展历史,概括了当今硅基MEMS加工技术的发展方向。指出表面牺牲层技术和体硅加工技术是硅基MEMS加工技术的两条发展主线;表面牺牲层技术向多层、集成化方向发展;体硅工艺主要表现为键合与深刻蚀技术的组合,追求大质量块和低应力以及三维加工。SOI技术是新一代的体硅工艺方向;标准化加工是MEMS研究的重要手段。     

新型室温中远波段红外探测器的关键工艺研究

介绍了一种基于MEMS技术的新型室温中远红外波段硅基电容式红外探测器原理和制作工艺过程，并详细介绍了针对单面光刻机而采用的对准孔双面对准和键合对准技术、浓硼扩散FLPW腐蚀停止技术制备超薄敏感硅膜以及薄膜的疏水处理等关键工艺。还对各环节所遇到的问题和其相应的解决方法进行了详细地阐述。     

混压多层印制板多芯片收发组件关键技术研究

作为有源相控阵天线阵面的核心部件,收发组件在整个有源天线阵面中的成本占比最高,因此如何降低收发组件的成本是设计天线阵面需要着重考虑的问题。与多芯片收发组件中常用的低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC）多层基板相比,多层印制板在成本方面具有很大优势。文中利用混压多层印制板,结合铝合金封装壳体,研制了一款Ku波段四通道低成本收发组件。该收发组件在工作频带内可以实现6位移相和6位幅度衰减,其通道接收增益≥20 dB,通道发射功率≥10 W。文中针对混压多层印制板热膨胀系数高、布线密度低、金丝键合可靠性差等问题,优化了基板叠层方案,研究了高密度互联通孔制作、基板镀层高可靠键合、低成本气密封装等关键工艺技术,有效提升了产品的可靠性,可为低成本混压多层印制板在多芯片组件中的工程化应用提供参考。     

面向微机电系统组装与封装的微操作装备关键技术

对微机电系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)组装与封装工艺的特点进行了总结分析,给出了MEMS组装与封装设备的研究现状。针对MEMS产业发展的特点,分析了面向MEMS组装与封装的微操作设备中的工艺参数优化数据库、快速精密定位、模块化作业工具、快速显微视觉、柔性装夹和自动化物流等关键技术。在此基础上,详细介绍了研制的MEMS传感器阳极化键合设备和引线键合设备的组成结构、工作原理,并给出了组装和封装试验结果。最后,指出了MEMS组装与封装技术及设备研制的发展趋势。     

MEMS中基底和薄膜的CMP制造技术

化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing,CMP)工艺已运用于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)中,并逐渐成为研制高品质微纳器件不可或缺的一道关键技术。区域压力调整、抛光终点检测等技术已经引入到CMP工艺,确保片内不均匀性(Within-wafer Nonuniformity,WIWNU)小于5%,同时有效减小"蝶形"和"腐蚀"等抛光缺陷。CMP在MEMS领域中的运用工艺过程更为复杂,抛光对象更为多元,表面质量要求更高。结合硅、介质层、石英、锗、铂和聚合物等自行开发的CMP工艺以及抛光后清洗处理,详细讨论和阐述CMP工艺如何运用于MEMS领域。实验结果表明,采用CMP工艺,结合抛光液改进和兆声清洗,不仅可以实现薄膜的全局平坦化,而且可以获得高品质的超薄基底、无损的硬质应变薄膜和用于低温直接键合的表面粗糙度小于0.5nm键合表面。CMP技术是研制高品质的可应用于MEMS器件的基底和薄膜的有效手段。