激光键合的有限元仿真及工艺参数优化

在硅/玻璃激光键合中,温度场的分布是影响晶片能否键合的关键因素.本文利用有限元法建立了移动高斯热源作用下硅/玻璃激光键合的三维温度场数值分析模型.运用该模型计算了不同的工艺参数条件下硅/玻璃的温度场分布,并由此得出键合线宽.然后通过漏选试验确定影响激光键合的主要工艺参数有激光功率、激光扫描速度及键合初始温度.最后通过对仿真结果进行回归分析,得到激光键合工艺的最优参数,为进一步研究激光键合工艺提供了理论依据.     

激光键合的有限元仿真及工艺参数优化

在硅/玻璃激光键合中,温度场的分布是影响晶片能否键合的关键因素.本文利用有限元法建立了移动高斯热源作用下硅/玻璃激光键合的三维温度场数值分析模型.运用该模型计算了不同的工艺参数条件下硅/玻璃的温度场分布,并由此得出键合线宽.然后通过漏选试验确定影响激光键合的主要工艺参数有激光功率、激光扫描速度及键合初始温度.最后通过对仿真结果进行回归分析,得到激光键合工艺的最优参数,为进一步研究激光键合工艺提供了理论依据.     

用于MEMS器件的单面溅金硅共晶键合技术

分析了金硅共晶键合的基本原理,讨论了键合实验的基本工艺,给出了键合的测试结果.这种键合方法键合温度低,键合工艺简单,与器件制造工艺兼容,对工艺环境要求不高,可以得到满意的键合强度,而且成本低,特别适合于已经做过结构的器件键合封接工艺.     

硅玻静电键合工艺研究

硅玻静电键合工艺是通过在较高温度和静电场作用下硅玻界面发生电化学反应,产生共价键O-Si-O的原理来完成键合过程的。目前,该工艺在制作微传感器和微机械系统中得到广泛应用。通过键合试验与结果分析,总结了键合温度、键合电压、压力、金属台阶对键合结果的影响,优化了硅玻静电键合的工艺参数及对金属台阶的要求。     

微波组件硅铝丝键合工艺参数的优化

通过控制单一变量的试验方法,研究了超声功率、超声时间、键合压力等参数对硅铝丝键合一致性和可靠性的影响,分析了每个参数对硅铝丝键合的影响规律.通过正交试验方法,优化了键合参数组合,并进行试验验证.通过环境试验对微波组件中硅铝丝键合的可靠性进行评价,在某产品上进行验证,并抽样对其可靠性进行评价.产品键合点形貌良好,一致性高...     

键合丝随机振动应力极限仿真分析

利用Pro/E与ANSYS联合仿真,对不同材料、 丝径、 键合形式和跨度的键合丝的振动应力极限进行了分析研究.基于键合工艺及其特点在Pro/E中建立了键合丝参数化三维模型,并利用ANSYS对参数化模型进行了模态及随机振动仿真分析,获得了球键合金丝与楔键合硅铝丝在不同丝径、 跨度等条件下的极限功率谱密度,研究结果可为键合丝的选型提供参考.     

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。     

GaAs芯片上倒装Si芯片的金凸点高度与键合工艺参数优化

随着射频集成电路向小型化、高集成方向发展，基于金凸点热超声键合的芯片倒装封装因凸点尺寸小、高频性能优越成为主流技术之一。以GaAs芯片上倒装Si芯片的互连金凸点为研究对象，通过有限元仿真方法，分析了温度和剪切力作用下不同高度金凸点的等效应力，得到金凸点的最优高度值。通过正交试验，研究键合工艺参数(压力、保持时间、超声功率、温度)对金凸点高度和键合强度的影响规律。通过可靠性试验，验证了工艺优化后倒装焊结构的可靠性。结果表明：键合工艺参数对凸点高度的影响排序为压力>超声功率>温度>保持时间，对剪切力的影响排序为压力>超声功率>保持时间>温度。     

化学镍金基板焊点的失效分析

硅麦克风在消费类电子产品中成功应用,近年来得到了迅猛发展。硅麦克风的封装工艺由于MEMS的特殊结构和封装材料的特殊性,与常见IC封装有许多不同点。其中引线键合工序由于所使用的PCB基板材料特殊的加工工艺,使得引线在PCB基板上的焊点失效成为研究硅麦克风封装成品率和可靠性的一个重要课题。文章重点探讨了硅麦克风封装过程中引线键合工序焊点失效问题,通过不同金线键合方式和金线键合参数的分析,确立了适合于硅麦克风封装的金线键合工艺。     

Study of die bond voids on memory semiconductor devices in 24-L cerquad packages

Die bond voids were encountered in the eutectic die-attachment of memory products. The failures observed were characterized by the depletion of the Au layer of the base substrate thus exposing the underlying bare ceramic. An evaluation carried out showed that the voids encountered were not related to the Au thickness of the base substrate. Instead, the quality of the Au layer would affect eutectic wettability and percentage of die bond voids over the intended contact area under the die. Subsequent study identified oxide contaminant to be the cause of the die bond voids and showed that units with dice that had been chemically treated to remove the oxide layer were free of die bond voids. Units with untreated die backside were found to have a higher percentage of Si in the Au-Si bond while units with treated backside were found to have a Au-Si com-position closer to the eutectic point. To prevent oxide growth during high temperature exposure, a Au-Si alloying process in a N₂/H₂ reducing gas ambient was investigated. The results showed that no die bond voids were encountered in the die bonding process under this condition.     

MEMS THz滤波器的制作工艺

基于MEMS技术制作了太赫兹(THz)滤波器样品,研究了制作滤波器的工艺流程方案,其关键工艺技术包括硅深槽刻蚀技术、深槽结构的表面金属化技术、阳极键合和金-硅共晶键合技术。采用4μm的热氧化硅层作刻蚀掩膜,成功完成了800μm的深槽硅干法刻蚀;采用基片倾斜放置、多次离子束溅射和电镀加厚的方法完成了深槽结构的表面金属化,内部金属层厚度为3~5μm;用硅-玻璃阳极键合技术和金-硅共晶键合技术实现了三层结构、四面封闭的波导滤波器样品加工。测试结果表明,研制的滤波器样品中心频率138GHz,带宽15GHz,插损小于3dB。     

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。     

基于共晶的MEMS芯片键合技术及其应用

叙述了MEMS封装中共晶键合的基本原理和方法,分析了Au-Si、Au-Sn、In-Sn等共晶键合技术的具体工艺和发展,并对其应用作了介绍.     

共晶焊料焊接的孔隙率研究

大功率或高功率密度的高可靠集成电路等通常采用合金焊料焊接芯片,以降低封装热阻和提高芯片焊接的可靠性。合金焊料焊接方式主要有真空烧结、保护气氛下静压烧结、共晶摩擦焊等。不同焊接工艺有其不同的适应性和焊接可靠性。文章以高可靠封装常用金基焊料的共晶焊接为例,探讨在相同封装结构、不同共晶焊接工艺下焊接层孔隙率,以及相同工艺设备、工艺条件下随芯片尺寸增大孔隙率的变化趋势。研究结果表明:金-硅共晶摩擦焊工艺的孔隙率低于金-锡真空烧结工艺和金-锡保护气氛静压烧结;同一焊接工艺,随着芯片尺寸变大,其孔隙率变化不显著,但单个空洞的尺寸有明显增大趋势。     

Bonding parameters of blanket copper wafer bonding

A reliable copper wafer bonding process condition, which provides strong bonding at low bonding temperature with a short bonding duration and does not affect the device structure, is desirable for future three-dimensional (3-D) integration applications. In this review paper, the effects of different process parameters on the quality of blanket copper wafer bonding are reviewed and summarized. An overall view of copper wafer bonding for different bonding parameters, including pressure, temperature, duration, clean techniques, and anneal option, can be established. To achieve excellent copper wafer bonding results, 400°C bonding for 30 min. followed by 30 min. nitrogen anneal or 350°C bonding for 30 min. followed by 60 min. anneal bonding is necessary. In addition, by meeting the process requirements of future integrated circuit (IC) processes, the best bonding condition for 3-D integration can be determined.     

Au-Si与n-GaP欧姆接触的表面与界面特性

本文探讨了用Au-Si合金在n-GaP上形成欧姆接触的条件,用扫描电镜(SEM)研究了Au-Si电极表面的形貌及其随微合金温度、时间的变化情况。发现M-S接触的欧姆特性与表面微结晶状态有关。借助俄歇能谱(AES)和能量色散谱(EDAS)初步分析了Au-Si/n-GaP系统接触的界面含有Au-Ga金属间化合物以及P和Si杂质。从金属学观点解释了在微合金条件下界面反应、表面形貌的变化规律。实验结果表明,在最佳微合金条件下,Si-Ga替位扩散是获得良好欧姆接触的实质。     

内热式液态合金离子源

本文介绍了一种实用的液态合金离子源结构，我们利用本结构研制成功了Ａｕ－Ｓｉ和Ａｕ－Ｓｉ－Ｂｅ液态合金离子源，测出了它们的发射特性。     

High-reliability microwave silicon power transistor with stepped electrode structure and TiN diffusion barrier

A high-reliability microwave silicon power transistor is described that has a stepped electrode structure and TiN diffusion barrier. This structure, used for high-power and high-frequency devices, is discussed by comparing it to the conventional planar structure. The new structure permits microwave devices to achieve high levels of performance. For high-power dissipation devices having a beam lead metal system, however, the Au-Si reaction and localized Pt-silicide growth are major failure mechanisms. To improve these failures, the Ti layer must be thickened and further TiN applications in beam lead metal systems are discussed. Experimental results of high-temperature long-term operations proved that high-power microwave transistors with excellent reliability can be obtained by using a stepped electrode structure with TiN diffusion barrier.     

金属键合技术及其在光电器件中的应用

系统阐述了金属键合的发展概况、基本工艺和方法、表征技术及其在光电器件中的应用.金属键合制备光电器件的一般工艺流程分为三步:蒸镀金属薄膜、键合、腐蚀去除衬底,列举了常用的金属键合方法及其工艺条件;并着重论述了该技术在光电器件特别是垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件结构制作中的应用.金属键合可以实现衬底倒扣和改善器件热学性能,而对器件原有的光学性质影响不大.