PC微流控芯片黏接筋与溶剂的协同辅助键合

为了在微流控芯片上形成封闭的微通道等功能单元,克服热压键合中微流控结构的塌陷和热压所致芯片微翘曲对后续键合的影响,提出了一种适用于硬质聚合物微流控芯片的黏接筋与溶剂协同辅助的键合方法。以聚碳酸酯(PC)微流控芯片为研究对象,通过热压法在PC微流控芯片上的微通道两侧制作凸起的黏接筋,通过化学溶剂丙酮微溶PC圆片的表面,然后将PC圆片与带有黏接筋的PC微流控芯片贴合、加压、加热,从而实现微流控芯片的键合。分析了键合机理,并对键合工艺参数进行了优化。实验结果表明:键合质量受丙酮溶剂溶解PC圆片的时间和键合温度的影响,能够保证键合质量的最佳键合温度为80~90°,溶解时间为35~45s,芯片的键合总耗时为3min。与已有键合工艺相比,所提出的黏接筋与溶剂辅助键合工艺有效提高了键合效率。该键合方法不仅适用于具有不同宽度尺寸微通道的微流控芯片,还可扩展用于不同材料的硬质聚合物微流控芯片。     

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。     

压力约束模式下热超声倒装键合的试验

在采用压力约束模式夹持倒装芯片的条件下，实现了热超声倒装键合。通过观测键合过程中的输入超声功率、工具末端和芯片的振幅变化情况，研究了压力约束模式下不同键合参数对键合过程和键合强度的影响规律。试验结果表明：在这种约束模式下，键合力和功率对键合强度具有重要的影响；键合力对金凸点的变形是决定性的；键合强度与输入的超声能量总量有关，过小和过大的超声能量都不能形成好的键合强度，高强度的键合并不需要大的超声功率输入，键合过程中能量主要耗散于工具／芯片间相对运动导致的摩擦做功，并造成了芯片和工具的磨损。     

用电镀铜锡合金薄膜实现圆片级气密封装

开发了一种基于电镀铜锡合金薄膜的绝压气压传感器圆片级气密封装技术以降低常规的基于阳极键合气密封装技术的成本及难度。通过实验确定了铜锡合金薄膜的电镀参数,实现了结构参数为:Cr/Cu/Sn(30nm/4μm/4μm)的铜锡合金薄膜;通过共晶键合实验确定圆片级气密封装的参数,进行了基于铜锡材料的气密封装温度实验。通过比较各种不同温度下气密封装的结果,确定了完成圆片级气密封装的条件为:静态压力0.02 MPa,加热温度280°,保持20min。最后,对气密封装效果进行X-射线衍射谱(XRD)、X射线分析、剪切力以及氦气泄露分析等实验研究。XRD分析显示:在键合界面出现了Cu3Sn相,证明形成了很好的键合;X射线分析表明封装面无明显孔洞;剪切力分析给出平均键合强度为9.32 MPa,氦气泄露分析则显示泄露很小。得到的结果表明:基于电镀铜锡合金薄膜可以很好地实现绝压气压传感器的圆片级气密封装。     

高温高湿环境对键合Cu线可靠性影响的研究

通过高温存储试验和高压蒸煮试验对铜线键合器件在高温高湿环境下的可靠性进行研究,分析试验前后键合球剪切力和键合球拉力的变化,利用扫描电镜、透射电镜观察试验前后键合界面形貌及金属间化合物类型,采用能谱仪对试验前后键合界面的成分进行分析。研究结果表明,键合初期,Cu/Al键合界面没有生成Cu、Al金属间化合物,键合界面具有一定的连接强度;高温存储试验后,Cu/Al键合界面生成CuAl、Cu_9Al_4金属间化合物,连接强度增加;高压蒸煮试验后,Cu/Al键合界面的Cu_9Al_4金属间化合物消失,键合界面由于卤素原子的加入使周围环境呈现弱酸性,Cu9Al4金属间化合物在该环境下被腐蚀,其反应式为Cu_9Al_4+12Br-~=4AlBr_3+9Cu +12e~-,键合界面出现孔洞,键合界面强度减小,降低了器件的可靠性。     

键合技术在微机械Golay-cell红外探测器中的应用

介绍多种硅片键合技术及其在基于高菜盒（Golay-cell）原理的微机械红外探测器中的应用。对多种键合方法在该器件中的实验结果进行比较，确定了现阶段最优的键合方法，即采用局部电场屏蔽方法的阳极键合方法，键合成功率在90％以上，并初步实现了器件的标准化制作。     

变速器动力学建模的键合图法

介绍了键合图的基本原理和特点，建立了Audil00变速器的键合图模型，并且推导了该系统的状态方程，说明键合图适用于车辆动力传动系统的部件动力学建模及分析。     

玻璃浆料键合中的孔洞抑制和微复合调控

提出了包含三步式排泡过程的预烧结工艺以及双凹凼-凸台的微复合键合结构方案,以便有效控制玻璃浆料层中的孔洞生成并精确控制键合间隙。预烧结工艺涉及的三步式排泡包含玻璃液形成、真空排泡与孔洞流平3个过程,该过程有效地排除了气泡,从而抑制了键合中间层中的孔洞形成,其工艺的重复性和鲁棒性很强。微复合键合结构中的内外凹凼用于有效控制多余的熔融的玻璃浆料的流动路径,避免其对封装结构的污染;微阻挡凸台则可以精确地将玻璃浆料层的厚度即键合间隙控制到凸台高度。对键合性能的测试表明,该方案简单有效,键合强度和气密性良好,键合间隙为10.1μm,键合强度为19.07 MPa,键合漏率小于5×10-9 Pa·m3/s。     

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.     

PMMA面键合的热压法工艺研究

研究了PMMA热压键合工艺,测量了PMMA的键合强度,利用扫描电镜检测了键合后微流体管道的结构变化,讨论了键合温度、键合压力等因素对键合强度的影响;给出了热压键合的合理工艺参数范围.结果表明,经过参数优化后的热压键合法可以满足PMMA微流体器件对键合的需求.     

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.     

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)     

Patterned wafer bonding using ultraviolet adhesive

The process of patterned wafer bonding using ultraviolet (UV) adhesive as the intermediate layer was studied. By presetting the UV adhesive guide-layer, controlling the thickness of the intermediate layer (1– 1.5 μm), appropriate pre-drying temperature (60°C), and predrying time (6 min), we obtained the intermediate layer bonding of patterned quartz/quartz. Experimental results indicate that patterned wafer bonding using UV adhesive is achieved under room temperature. The process also has advantages of easy operation, low cost, and no plugging or leakage in the patterned area after bonding. Using the process, a microfluidic chip for red blood cell counting was designed and fabricated. Patterned wafer bonding using UV adhesive will have great potential in the fabrication of microfluidic chips.     

Ultraviolet exposure enhanced silicon direct bonding

Ultraviolet (UV) exposure, as an additional technique following the traditional wet chemical activation processes, is applied to enhance hydrophilic silicon direct bonding. The effects of UV exposure on silicon wafers’ nano-topography and bonding strength are studied. It is found that the surface roughness of silicon wafers initially decreases and then increases with UV exposure time, and the bonding strength increases and then decreases accordingly. The correlations of annealing temperature and annealing time vs. bonding strength are experimentally explored. Results indicate that the bonding strength increases sharply then gently with increasing annealing temperature and annealing time using UV exposure. Besides, the reliability of silicon direct bonding with UV exposure enhancement after the high/low temperature cycle test, constant temperature and humidity test, vibration test and shock test is investigated. It follows from the results that the bonding strength of silicon wafer pairs with UV exposure decreases after the environmental tests, whereas the residual strength is still higher than that without UV exposure, and the variation trends of bonding strength vs. UV exposure time, annealing temperature and annealing time remain unchanged. Therefore, following the traditional wet chemical activation processes, appropriate UV exposure (about three minutes in this study) is effective and promising to enhance silicon direct bonding.     

一种微型步进电机的微胶接装配方法的研究

采用微胶接技术装配微型步进电机的基体和导轨。对胶粘剂的点胶特性进行实验,指出微电机胶接装配中影响胶接质量的两个关键因素是胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散。为了解决该问题,在基体胶接区表面通过蚀刻方法加工出凹槽结构,给出凹槽尺寸的确定原则和胶接实验的条件。结果表明,凹槽结构对胶滴体积具有“容错性”,可以在一定程度上克服胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散对微胶接装配质量的影响,但胶滴点胶的位置误差可能引起胶滴溢出凹槽。     

开放式管道感应加热瞬时液相扩散焊工艺及设备的研发

以管道感应加热瞬时液相扩散焊新工艺为引导，叙述了开放式管道感应加热瞬时液相扩散焊接工艺的特点及优势，对开放式瞬时液相扩散焊接机的组成、节能效果及本焊接设备的开发研制过程进行了描述，并对新型开放式瞬时液相扩散焊接工艺及设备的应用前景进行了分析。     

键合力对超声键合换能系统振动影响的时频分析

在超声引线键合过程中，键舍力是影响键舍强度的重要因素之一。通过实验研究了键舍强度与键舍力之间的关系。在不同键舍力情况下，通过小波分解的方式对速度信号进行分析，得出在键合力不同的情况下键舍机超声速度信号的时频特性。分析发现，只有在键合力适中的情况下，键舍强度才能达到最大，速度信号中的不稳定成分主要来自于劈刀与基板的接触表面，随着键合力的升高，速度信号逐渐稳定，阶跃信号即不稳定成分逐渐减小，有效地提高了信号能量的传递比率。     

增量式光栅尺指示光栅自动粘接系统的设计

增量式光栅尺指示光栅粘接设备制造困难,精度较低,并且采用人眼观察手工调整的粘接方式,成品率低,粘接一致性得不到保证。为了改进设备与粘接方式,研发出一套自动粘接系统。该系统提出简单易实现的悬空吸附式结构,利用CCD相机替代人眼观察莫尔条纹的变化,并根据CCD提供的图像数据自动调整指示光栅以使其满足技术指标,保证了粘接的一致性。最后给出自动粘接系统的详细设计方案。     

超声功率对粗铝丝超声引线键合强度的影响

超声功率是影响粗铝丝引线键合强度的最主要因素之一。在尽量排除其他干扰因素的情况下，通过实验比较了11种不同超声功率条件下，粗铝丝引线键合的结果，观察到了超声功率对粗铝丝引线键合强度的影响：在超声功率较小情况下(超声功率比为20％～30％)，增大超声功率有助于提高键合强度；在超声功率较大的情况下(超声功率比为45％～70%)，增大超声功率反而会降低键合强度，出现过键合的情况；只有当超声功率适中时(超声功率比为35％～40%)，才能获得稳定且满意的键合强度。分析了验现象的产生原因。