硼硅玻璃与硅阳极键合界面形成机理分析

对硼硅玻璃与硅进行了阳极键合实验,通过扫描电镜对键合界面的微观结构进行分析表明:玻璃/硅的键合界面有明显的中间过渡层生成;分析认为电场力作用下玻璃耗尽层中的氧负离子向界面迁移扩散并与硅发生氧化反应是形成中间过渡层的主要原因,而界面过渡层的形成是硅/玻璃界面键合实现永久连接的直接原因.     

金-硅共晶键合技术及其应用

采用金属过渡层来实现硅-硅低温键合,首先介绍了选择钛金作为金属过渡层的原因和金硅共晶键合的基本原理,然后探索了不同键合面积和不同金层厚度对金硅共晶键合质量的影响规律,开展了图形化的硅晶圆和硅盖板之间的低温共晶键合实验研究,获取了最优键合面积的阈值和最优金层厚度.最后将该低温金硅共晶键合技术应用到MEMS器件圆片级封装实验中,实验结果表明较好地实现了MEMS惯性器件的封装强度,但是还存在密封性差的缺陷,需进一步进行实验改进.     

Pyrex/A1多层静电键合界面力学特征分析

采用公共阳极法实现了多层Pyrex玻璃与铝箔晶片的静电键合,采用MSC.MARC非线性有限元分析软件,对两层和3层Pyrex/Al键合件的界面残余应力及变形等力学特征进行对比分析。由于玻璃/铝/玻璃3层阳极键合试件的对称结构,键合界面附近的残余应力和应变均呈对称分布而有利于减缓变形。试件最大等效应力值均位于靠近连接界面的过渡层,使该部位成为阳极键合的薄弱环节。研究结果对于MEMS器件的精密封装工艺质量控制具有重要的意义。     

脉冲电压对硅/玻璃阳极键合质量影响分析

采用脉冲电压对硼硅玻璃与硅进行了阳极键合试验,结果表明采用脉冲电压能有效缩短硅/玻璃阳极键合时间并能适当降低键合温度。通过拉伸试验表明键合强度能达到预定强度要求,通过扫描电镜对键合界面的微观界面进行分析:表明玻璃/硅的键合界面有较明显的中间过渡层生成;通过分析:认为在玻璃/硅进行阳极键合过程中,脉冲电压产生的脉冲电场力对玻璃Na~+耗尽层中的O~(2-)向界面迁移扩散起到了反复驱动的作用,促进了O~(2-)向阴极表面迁移,增加了界面键合效率,缩短了硅/玻璃阳极键合时间,并降低了键合温度,从而促进了过渡层的形成。     

玻璃与铝在不同层数结构下的阳极键合界面力学性能

运用共阳极法实现不同层数玻璃／铝的阳极键合,采用MARC非线性有限元分析软件,对三层、五层、七层、九层玻璃／铝键合试件的界面力学性能进行比较分析,探讨结合处残余应力随层数增加的变化趋势,分析结果表明,由于多层结构的对称性,最大的等效应力发生在中心处的过渡层。研究结果为MEMS器件在多层封装结构的设计提供了理论依据。     

基于中间硅片厚度可控的三层阳极键合技术

三层键合Glass-Silicon-Glass(GSG)结构在光MEMS、微惯性器件、微流体芯片、射频MEMS以及低成本圆片级封装技术领域里是一项重要技术.基于MEMS精密研磨抛光工艺和阳极键合,结合新型玻璃通孔的腐蚀工艺,开展了中间硅片厚度可控的三层阳极键合工艺研究,成功制备了带有通孔的GSG微流体器件.总厚度1360μm,中间硅片厚度60μm,通孔直径100μm,孔间距(圆孔的中心距离)200μm,孔内边缘圆滑无侧蚀.三层结构的键合几率为90%,为探索多层键合技术打下坚实基础.     

Pyrex玻璃／铝多层阳极键合界面结构与力学分析

采用公共阳极法实现了Pyrex玻璃与铝多层晶片的静电键合,对玻璃/铝/玻璃阳极接舍界面的组织结构及其连接机理和力学特征进行了重点研究.分别利用微拉伸测试设备和ANSYS软件分析了连接区的力学性能和残余应力分布特征.分析认为键合区由玻璃一过渡层一铝组成,过渡层为Al2O3-SiO2复合氧化物.玻璃/铝界面的微观组织和元素分布均以铝为对称轴呈对称分布.在玻璃/铝/玻璃多层连接区,键合界面附近的残余应力和应变呈对称分布,多层结构的对称性有利于缓解接头应变和应力,表明应用公共阳极法可实现多层玻璃/铝/玻璃的良好键合.     

基于Sn/Bi合金的低温气密性封装工艺研究

研究了采用Sn/Bi合金作为中间层的键合封装技术.通过电镀的方法在基片上形成Cr/Ni/Cu/Sn、芯片上形成Cr/Ni/Cu/Bi多金属层,在513K、150Pa的真空环境中进行共晶键合,键合过程不需使用助焊剂,避免了助焊剂对微器件的污染.实验表明:这种键合工艺具有较好的气密性,键合区合金层分布均匀,无缝隙、气泡等缺陷,键合强度较高,能够满足电子元器件和微机电系统(MEMS)可动部件低温气密性封装的要求.     

电子束蒸发玻璃薄膜中间层的阳极键合研究

介绍了一种用电子束蒸发Schott 8329玻璃薄膜作为中间层,实现硅-硅以及硅-SOI阳极键合的方法.调整蒸发时的工艺并且450℃退火,沉积了粗糙度9.62 nm、初始应力139 MPa、喷点较少的薄膜,从而获得了＞95%的键合面积.键合电压20 V,温度300℃～500℃下硅-硅的键合强度可达1.47 J/m2,同时分析了键合电流特性.400℃,40V下键合了Si和SIMOX SOI硅片,用TMAH溶液进行基底减薄,获得了厚介质层薄顶层硅结构,这为一些MEMS器件的制作奠定了基础.     

基于粘附剂键合的圆片级MEMS塑料封装技术

设计了一套采用聚合物粘附剂(Epo-Tek301)键合的圆片级MEMS塑料(polymethyl methac- rylate)封装方法.塑料封装封盖采用热压成型,激光划片形成4寸圆片.封盖和衬底键合工艺的粘附剂优化厚度为12μm,键合过程中不需要加压加温.测试结果显示该工艺的键合强度(1.3～1.6Mpa)可以满足一般封装需要,而所带入的应力也很小.划片采用分开划片:封盖采用激光划片而硅衬底采用机械划片.该方法封装的微流体芯片已经顺利测试和应用.由于工艺简单,成本低廉,该技术除了用于MEMS封装应用,也可作为划片测试保护.     

圆片级气密封装及通孔垂直互连研究

提出了一种新颖的圆片级气密封装结构.其中芯片互连采用了通孔垂直互连技术:KOH腐蚀和DRIE相结合的薄硅晶片通孔刻蚀技术、由下向上铜电镀的通孔金属化技术、纯Sn焊料气密键合和凸点制备相结合的通孔互连技术.整个工艺过程与IC工艺相匹配,并在圆片级的基础上完成,可实现互连密度200/cm2的垂直通孔密度.该结构在降低封装成本,提高封装密度的同时可有效地保护MEMS器件不受损伤.实验还对结构的键合强度和气密性进行了研究.初步实验表明,该结构能够满足MIL-STD对封装结构气密性的要求,同时其焊层键合强度可达8MPa以上.本工作初步在工艺方面实现了该封装结构,为进一步的实用化研究奠定了基础.     

硅玻璃阳极键合绝压压阻式压力传感器中的残余应力

硅玻璃阳极键合技术因键合强度高,工艺简单而成为低成本绝压压力传感器的主要封装技术.但由于常规的硅玻璃阳极键合需要在相对较高的温度下进行且材料之间不可避免的热膨胀系数失配将产生较大的残余应力.实验采用有限元方法对硅玻璃阳极键合进行了系统的力学分析以减小残余应力对器件性能的影响.实验中采用硅玻璃阳极键合技术制备了不同压敏膜厚度和尺寸的传感器并测试其曲率与零点以对残余应力进行分析验证.     

一种硅芯片/玻璃环静电键合的简易装置

随着微机电系统(MEMS)技术的发展,促进了半导体硅压阻式压力传感器低成本和集成化,使其得到了广泛应用;在压阻式压力传感器无应力封装工艺中,硅芯片/PYREX7740玻璃环静电键合起着重要的作用.本文论述了静电键合基本原理,以此研制了适合于大批量生产的静电键合简易装置,实践表明此装置易操作,施加键合静电电压降为160V,键合时间缩短为约2分钟,键合界面具有较大的封接强度和耐高温冲击性,满足了压力传感器制作的无应力封装的需要,具有实用性.     

用于微电子机械系统封装的体硅键合技术和薄膜密封技术

对静电键合、体硅直接键合和界面层辅助键合等三种体硅键合技术，整片操作、局部操作和选择保护等三种密封技术，以及这些技术用于微电子机械系统的密封作了评述，强调在器件研究开始时应考虑封装问题，具体技术则应在保证器件功能和尽量减少芯片复杂性两者之间权衡决定。     

InP/GaAs异质键合界面的XPS研究

用直接键合技术在480℃实现了InP/GaAs的异质键合,用X射线光电子谱研究了样品的界面化学态.研究分析表明,InP/GaAs样品在480℃的键合过程中发生相互扩散(除P外),键合界面处形成了由InP、GaAs、InAs和GaP构成的中间过渡层,过渡层厚度约为6nm.     

Al/Cu键合系统中金属间化合物的形成规律及防止方法

Al/Cu键合界面金属间化合物的形成是导致微电子器件失效的重要因素之一,总结了微电子器件生产和使用过程中Al/Cu键合界面金属间化合物的生长规律,分析了Al/Cu键合系统的失效机制。热超声键合过程中,Al焊盘上氧化铝层的破裂使金属间化合物的形成成为可能,键合及器件使用过程中,金属间化合物和柯肯德尔空洞的形成和长大最终导致键合失效。采用在Al焊盘上镀覆Ti过渡层的方法,可有效降低键合系统中Cu原子的扩散速度,抑制金属间化合物的生长,从而提高电子元器件的可靠性。     

聚合物多层微流控芯片超声波键合界面温度研究

针对聚合物多层微流控芯片键合,采用热辅助超声波键合方法实现了4层微流控芯片的键合,搭建了多界面温度测试装置,采用埋置热电偶的方法测试了三个被封接界面的温度场,研究了单独超声波作用和热辅助超声波键合法中各界面的温度并进行了比对.温度测试实验结果表明,在顶层热辅助温度70℃、6μm振幅、30kHz频率、100N超声波焊接压力和25s超声波作用时间下,基于热辅助的多层超声波键合方法可以使各键合界面的温度基本一致,从而实现多层微流控器件的多个界面键合质量一致.本文的研究为聚合物微流控器件的超声波多层键合机理研究提供了有益借鉴.     

B270玻璃-TC4钛合金热压阳极键合连接工艺研究

采用了热压-阳极键合复合连接工艺对B270玻璃/TC4钛合金进行连接,分析了真空热压参数对B270玻璃/TC4钛合金连接界面结构、结合效果的影响,并研究了B270玻璃/TC4钛合金的阳极键合工艺,分析了不同键合工艺参数下的工艺特征。结果表明,当对应的真空热压参数为:T=750℃,t=2 h,P=0.5 MPa,当键合温度T在350~550℃,电场电压V在500~700 V时,有最佳的连接效果。键合界面结构分析发现,整个键合区域是由玻璃-中间过渡层-TC4钛合金的结构组成,界面两侧的化学元素呈梯度分布。     

Al-Ni超声楔焊中输入功率与界面键合的特征分析

为了研究超声键合中在超声能量作用下金属间形成键合界面而构成键合力的机理,确定金属间吸收的超声能量与形成的界面质量的关系,在超声楔焊键合试验中,对Al-Ni楔焊通过改变焊接参数而获得完全键合和半键合的界面,并对其界面特征进行扫描电镜测试分析;同时,利用示波器采集超声键合机焊接时的电信号,分析了PZT驱动的输入阻抗和功率特性,并与界面质量对比.研究结果表明:超声键合而形成的Al-Ni界面为中央未键合的椭圆界面;相同参数条件下,一焊输入阻抗和吸收功率大于二焊,一焊的界面质量也高于二焊.     

阳极键合研究现状及影响因素

为了提高键合质量、优化键合材料,促进阳极键合技术在工业生产中的应用,本文以“硅/玻璃”的阳极键合为例,阐述了阳极键合作为新型连接工艺的键合机理及工艺过程,介绍了现阶段阳极键合在国内外工业生产中的应用实例及相关研究,尤其是在微电子封装领域所展现的杰出应用前景,同时结合阳极键合过程中对键合参数、材料处理等要求,给出了影响键合质量的各种因素,以及在键合过程中常出现的问题及其解决办法.本文立足于键合机理及键合工艺过程,结合不同材料特性,重点阐述了阳极键合这一新型连接工艺的国内外研究现状及影响键合的因素,为进一步提高键合质量、优化键合工艺、开发新的键合材料等提供理论依据.