晶圆直接键合及室温键合技术研究进展

晶圆直接键合技术可以使经过抛光的半导体晶圆,在不使用粘结剂的情况下结合在一起,该技术在微电子制造、微机电系统封装、多功能芯片集成以及其他新兴领域具有广泛的应用。对于一些温度敏感器件或者热膨胀系数差异较大的材料进行键合时,传统的高温键合方法已经不再适用。如何在较低退火温度甚至无需加热的室温条件下,实现牢固的键合是晶圆键合领域的一项挑战。本文以晶圆直接键合为主题,简单介绍了硅熔键合、超高真空键合、表面活化键合和等离子体活化键合的基本原理、技术特点和研究现状。除此之外,以含氟等离子体活化键合方法为例,介绍了近年来在室温键合方面的最新进展,并探讨了晶圆键合技术的未来发展趋势。     

硅片键合强度测试系统研究

对现有的几种硅片键合强度测试方法进行总结。在裂纹传播扩散法测试机理分析的基础上,提出了测试系统需要得到的参数和功能,采用模块化设计思想,对测试系统中的精密定位、显微视觉、红外测试和控制系统等关键技术分别研究,最后将单元技术集成,研制成功测试系统样机,通过对多个键合硅片强度测试对比实验,证明了该系统的有效性。     

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。     

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.     

铜线性能及键合参数对键合质量的影响

为了提高铜线性能及其键合质量,采用拉力-剪切力测试仪、扫描电镜等研究了不同力学性能铜线及相应的键合参数对其键合质量的影响,分析了不同伸长率和拉断力、铜线表面缺陷、超声功率和键合压力对铜线键合质量的作用机制.结果表明:伸长率过小和拉断力过大会造成焊点颈部产生微裂纹,从而导致焊点的拉力和球剪切力偏低;表面存在缺陷的铜线其颈部经过反复塑性大变形会造成铜线表面晶粒和污染物脱落而出现短路和球颈部断裂;键合过程中键合压力过大能够引起的焊盘变形,同时较大的接触应力引起铝层溢出;过大的超声功率使键合区域变形严重产生明显的裂纹和引起键合附近区域严重的应力集中,致使器件使用过程中产生微裂纹而降低器件的使用寿命.     

倒装芯片键合头模态特性研究与实验分析

键合头是全自动倒装芯片键合机重要的功能运动部件,其主要功能是完成芯片的拾取、点胶和键合。键合头在高频高加速的往复多自由度运动中产生的振动和共振量直接影响芯片的键合精度,因此要求键合头应具有足够的刚度、强度和较好的动态特性。掌握键合头的模态特性及其影响因素之间的关系是自主研发高性能倒装芯片键合头的关键问题。为此,建立键合头模态特性研究系统模型,采用理论计算与实验测试相结合的方法研究键合头在安装工况下的模态特性,将ANSYS有限元仿真的结果与锤击模态试验的结果作一致性对比和分析,得到键合头准确的模态参数、刚度分布情况和影响因素。研究结果为多功能高密度芯片键合头的进一步结构优化和精度控制以及整机的防振、抑振等提供理论支撑和实验依据。     

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。     

微纳米级键合强度分析(英文)

本文主要研究了微米/纳米尺度的键合技术和键合强度,给出并发展了基于MEMS技术的微米/纳米键合分析模型.为提取微米/纳米键合面积的最大剪应力和压应力,设计、制备和测试了一系列单晶硅悬臂梁结构.并使用理论公式和ANSYS有限元模拟对实验结果进行了分析.键合强度可以分为扭转和剪压表征两部分.根据测试值可得,最大抗扭强度为1.9×109μN.μm,最大压应力为68.3 MPa.     

基于耦合信号包络分析的引线键合点剪切强度识别方法研究

键合点剪切强度是衡量键合质量的重要指标之一,以引线键合系统超声波发生器电信号作为信息载体,研究了超声电信号的特征提取方法以及在键合强度识别方面的应用。针对超声电信号的瞬态特性,提出一种基于信号子频带包络分段的特征提取方法。该方法将超声电信号滤波后的子频带包络分成信号上升、稳定和衰减三个阶段,提取每个阶段的敏感波形特征来表征键合过程。为了消除特征中的冗余信息并实现特征降维,采用了主分量分析(PCA)技术进行特征选择。建立了人工神经网络系统(ANN)对提取的特征进行识别,通过实验数据分析,验证了本文方法的有效性。     

镀钯键合铜丝的发展趋势

铜丝表面镀钯是提高抗氧化性进而改善键合性能的有效手段。镀钯键合铜丝具有优异的综合性能,是半导体封装材料连接导线的新型材料。综述了镀钯键合铜丝国内外的发展现状、研究背景、镀钯工艺及金丝、铜丝和镀钯铜丝的比较。     

毛细管两相流特性研究进展

毛细管是广泛使用于小制冷装置中的节流元件，主要介绍了毛细管内制冷工质两相流特性的实验研究及理论研究的国内外现状，阐述了目前研究存在的几个问题，探讨了这一领域内研究的几个发展方向。     

二维超声振动磨削陶瓷的表面质量试验研究

采用金刚石砂轮对陶瓷材料进行了不同参数下的普通磨削和二维超声振动磨削试验,对获得的不同表面质量特征及不同的加工参数对表面质量的影响进行了分析。实验结果表明,在同样的加工条件下,超声振动磨削表面的沟槽浅而宽,在超声振动下砂轮不易堵塞,利于使用细砂轮磨削,因此超声振动磨削可以提高陶瓷材料的表面质量。     

异佛尔酮二异氰酸酯基热塑性聚氨酯氢键体系的研究

基于氢键所引起基因的频移,以FT－IR为主要的研究手段,并结合通过DSC所建立的评估硬段与软段之间混溶的定量方程,对所合成的以环氧乙烷／四氢呋喃无规共聚醚、异佛尔酮二异氰酸酯以及1,4－丁二醇为原料的热塑性聚醚聚氨酯新颖性体的氢键体系进行了研究。结果表明,只有少部分的硬段氨基溶入软段相与软段的醚氧产生氢键作用,主要的氢键包括羰基与氨基之间的氢键,以及硬段烷氧与氨基之间的氢键,仍发生硬段岛区内。     

振动板速度最小化减振优化设计研究

减振设计是结构设计的重要内容之一，优化设计可在设计阶段通过对设计模型的定量修改获得理想的减振效果。基于有限元直接法计算振动板的频率响应，以板局部厚度为设计变量，计算了振动速度对局部板厚度的灵敏度；以振动板各节点振动速度的平方和最小化为目标，建立了减小振动板振动速度的减振优化数学模型，用可行方向法实现了优化。以一两端固支矩形板的振动为研究算例，对其在1Hz～200Hz的振动实施了优化；优化后振动板各节点在研究频率内的振动速度都得到了降低，降低最大值达0．311m／s。实例结果表明，优化设计通过对结构重量的重新分布可在结构重量相对不变的情况下，在一较宽频段内均得到减振效果。     

冰箱回热毛细管内部流动特性研究

通过对冰箱回热毛细管的“六段流阻”模型物理意义的描述,模拟了3种不同工况对冰箱回热毛细管运行性能的影响,即:不同的冷凝器温度、不同的蒸发器温度及不同的回热段相对位置。从仿真结果可以看出冷凝温度的变化对毛细管内部流动特性的影响最大,并对此进行了初步的实验验证。从对比结果可以看出,该模型能够较好地描述冰箱回热毛细管内部的流动特性。     

铜/钢液固相复合界面的结合强度

用液－固相复合法制备铜包钢线,研究了钢线表面的处理方法,预热温度,铜液的温度和复合时间等工艺参数对铜包钢线中界面结合强度的影响。结果表明,表面经酸洗、机械打磨并覆助镀剂的钢线,在４００℃预热复合后,钢线与铜层之间的结合效果好,界面结合强度达到９５ＭＰａ。     

基于接触分析的转定子系统整周碰摩故障模拟

以一个单跨双盘柔性转子系统为研究对象,建立转子系统的有限元模型,基于接触动力学理论,将转子和定子简化为一个点-点接触单元,通过转定子间的圆形间隙变化来模拟转定子的分离及整周接触,并通过碰摩力耦合转定子模型,采用增广的拉格朗日方法处理接触约束条件,用库仑摩擦模型模拟转定子之间摩擦,考虑不同转速、转定子间隙、转定子法向接触刚度、阻尼和摩擦系数对转子系统动力学特性的影响。研究结果表明：转速和转定子法向接触刚度对系统响应影响最大,转定子法向接触阻尼和摩擦系数次之,转定子间隙影响最小。     

浸水旋转壳体振动特性的有限条—边界元分析

根据旋转壳体的结构特点,利用有限条法对其进行分析达到降维目的;对流场则提出了一种特殊的边界单元,这种边界元不仅能与结构的有限条单元协调,而且计算量小,精度高;在此基础上,通过凝聚降阶进一步减少流固耦合系统的控制方程。对典型浸水旋转壳的振动频率、模态以及响应作了全面分析,获得了理想的数值分析结果。     

隧道初期支护结构受力特性及适用性研究

复合衬砌是目前隧道支护结构的基本形式,即由初期支护与模筑混凝土二次衬砌结构复合而成。按照新奥法原理进行设计和施工时,在围岩稳定性较差的条件下,初期支护通常采用由喷射混凝土与型钢钢架或格栅钢架及锚杆组成的组合结构,但在采用型钢钢架还是格栅钢架支护问题上一直存在不同的观点,其争论的焦点是对其支护结构性能及其适应性的认识,核心则是“支护-围岩”作用体系中支护结构的作用及其演化过程特点,而在不同围岩及工程尺度条件下其作用效果也有所不同。为此,该文首先通过型钢钢架和格栅钢架的室内性能试验,对两种支护结构的受力特性、破坏过程及演化特征、极限承载力及变形量等进行了系统的研究;然后通过有限元组合结构进一步分析了型钢钢架和格栅钢架的受力特性、极限承载力和变形特性;最后结合京沪高铁金牛山隧道现场试验,取得了两种支护类型下围岩荷载释放规律和压力分布特点,并分别给出了型钢钢架与格栅钢架的特点和最佳适用条件。该成果对于澄清支护作用机制以及隧道初期支护设计和施工具有重要的理论价值和指导作用。     

Co—Fe—Si—B非晶丝的巨磁阻抗效应研究

用旋转水中纺丝法制成几种不同直径的（Ｃｏ０．９４Ｆｅ０．０６）７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５非晶丝,对丝进行张力退火后,测试了非晶丝热处理前后的磁阻抗性能。结果表明制成的非晶丝具有明显的巨磁阻抗效应,且巨磁阻抗效应随电流频率不同而表现出正磁阻抗和负磁阻抗两种规律。张力退火对正磁阻抗效应有明显改善,而且对直径小的试样,阻抗对轴向外磁场变化的灵敏度更高。实验得到的最大灵敏度为１２４％／Ｏｅ。