微系统感应局部加热封装与键合设计

整体加热封装(即封装过程中整个衬底、芯片、键合层都处于加热状态),不仅工艺时间长,而且高温会对衬底上温度敏感的微结构和电路产生热损坏,或者因为热膨胀系数不匹配导致键合区热应力增大,影响器件可靠性。首先对电磁感应加热实现微系统局部加热封装进行了论述,重点对感应局部加热键合原理、电源选择、感应器和键合层设计,以及键合过程中的温度测试等方面进行了设计分析。对于感应局部加热键合而言,键合区必须设计成封闭环形,其宽度应大于临界尺寸,并且存在一个最佳频率范围。根据键合层材料和结构不同,感应局部加热可用于焊料键合、共晶键合、扩散键合,以实现微系统器件的封装和结构制作。     

MEMS器件封装技术

综述了微电子机械系统(MEMS)封装主流技术,包括芯片级封装、器件级封装和系统及封装技术进行了。重点介绍了圆片级键合、倒装焊等封装技术。并对MEMS封装的技术瓶颈进行了分析。     

MEMS封装技术及标准工艺研究

分析了MEMS的特点及封装工艺对MEMS的影响,给出了对MEMS封装的基本要求.研究了MEMS封装工艺中的一些关键技术,即硅-硅和硅-玻璃键合技术、清洗与引线键合技术、焊料贴片和胶粘技术以及气密封帽技术等,并给出了一些重要的研究结果.同时也介绍对几种MEMS惯性器件的封装要求及封装方法.     

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     

基于聚合物介质的低温硅硅键合研究

聚合物低温键合技术是MEMS器件圆片级封装的一项关键技术。以苯并环丁烯(BCB)、聚对二甲苯(Parylene)、聚酰亚胺(Polyimide)、有机玻璃(PMMA)作为键合介质,对键合的温度、压力、气氛、强度等工艺参数进行了研究,并分析了其优缺点。通过改变Parylene的旋涂、键合温度、键合压力、键合时间等工艺参数进行了优化实验。结果表明,在230 ℃的低温键合条件下封装后的MEMS器件具有良好的键合强度(＞3.600 MPa),可满足MEMS器件圆片级封装要求。     

面向MEMS封装的微钎料球键合技术

微钎料球键合技术是一种成本低、适应性强,可靠性好的键合技术,容易与现有的IC自动化设备集成。微钎料球键合技术结合倒扣封装可以实现低成本、高密度以及高可靠性的MEMS封装;而且具有自对准或者自组装的功能,在MEMS封装中获得了广泛的应用。准确地预测微钎料球键合对于MEMS自组装的影响依赖于动态模型的发展。微钎料球键合技术的出现推动了标准化的MEMS封装工艺的进程。     

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.     

MEMS器件封装的低温玻璃浆料键合工艺研究

玻璃浆料是一种常用于MEMS器件封装的密封材料.系统研究了MEMS器件在低温下使用玻璃浆料键合硅和玻璃的过程.与大多数MEMS器件采用的玻璃浆料相比(烧结温度400℃以上),此工艺(烧结温度350℃)在键合完成后所形成的封装结构同样具有较高的剪切强度(封装器件剪切强度大于360 kPa),同时具有较好的气密性(合格率达到93.3%),漏率测试结果符合相关标准.结果表明,在保证MEMS器件封装剪切强度和气密性的同时,降低键合温度条件是可以实现的.     

基于晶圆键合的MEMS圆片级封装研究综述

为提升微机电系统（MEMS）器件的性能及可靠性,MEMS圆片级封装技术已成为突破MEMS器件实用化瓶颈的关键,其中基于晶圆键合的MEMS圆片级封装由于封装温度低、封装结构及工艺自由度高、封装可靠性强而备受产学界关注。总结了MEMS圆片级封装的主要功能及分类,阐明了基于晶圆键合的MEMS圆片级封装技术的优势。依次对平面互连型和垂直互连型2类基于晶圆键合的MEMS圆片级封装的技术背景、封装策略、技术利弊、特点及局限性展开了综述。通过总结MEMS圆片级封装的现状,展望其未来的发展趋势。     

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。     

MEMS后封装技术

通过对局部加热与压焊技术的研讨,介绍了微系统后封装技术,微系统封装技术在微电机系统(MEMS)蓬勃兴起的领域已成为主要的研究课题.构建多应用后封装工艺不仅推动了此领域的发展,而且加速了产品的商业化进程.文章概述了通过局部加热和压焊技术形成创新型后封装的方法,阐明了目前MEMS封装技术和晶片压焊工艺技术的工程基础.重点陈...     

MEMS post-packaging by localized heating and bonding

This work addresses important post-packaging issues for microsystems and recommends specific research directions by localized heating and bonding. Micropackaging has become a major subject for both scientific research and industrial applications in the emerging field of microelectromechanical systems (MEMS). Establishing a versatile post-packaging process not only advances the field but also speeds up the product commercialization cycle. A review of engineering bases describing current technologies of MEMS packaging and wafer bonding is followed by an innovative post-packaging approach by localized heating and bonding, process demonstrations by selective encapsulation are presented, including an integrated low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) sealing process, localized silicon-gold eutectic bonding, localized silicon-glass fusion bonding, localized solder bonding and localized CVD bonding processes.     

Localized bonding processes for assembly and packaging of polymeric MEMS

Localized bonding schemes for the assembly and packaging of polymer-based microelectromechanical systems (MEMS) devices have been successfully demonstrated. These include three bonding systems of plastics-to-silicon, plastics-to-glass, and plastics-to-plastics combinations based on two bonding processes of localized resistive heating: 1) built-in resistive heaters and 2) reusable resistive heaters. In the prototype demonstrations, aluminum thin films are deposited and patterned as resistive heaters and plastic materials are locally melted and solidified for bonding. A typical contact pressure of 0.4 MPa is applied to assure intimate contact of the two bonding substrates and the localized bonding process is completed within less than 0.25 s of heating. It is estimated that the local temperature at the bonding interface can reach above 150/spl deg/C while the substrate temperature away from the heaters can be controlled to be under 40/spl deg/C during the bonding process. The approach of localized heating for bonding of plastic materials while maintaining low temperature globally enables direct sealing of polymer-based MEMS without dispensing additional adhesives or damaging preexisting, temperature-sensitive substances. Furthermore, water encapsulation by plastics-to-plastics bonding is successfully performed to demonstrate the capability of low temperature processing. As such, this technique can be applied broadly in plastic assembly, packaging, and liquid encapsulation for microsystems, including microfluidic devices.     

高可靠先进微系统封装技术综述

在人工智能、航空航天、国防武器装备电子系统小型化、模块化、智能化需求驱动下,系统级封装设计及关键工艺技术取得了革命性突破。新型的系统封装方法可把不同功能器件集成在一起,并实现了相互间高速通讯功能。封装工艺与晶圆制造工艺的全面融合,使封装可靠性、封装效率得到极大的提升,封装寄生效应得到有效抑制。文章概述了微系统封装结构及类型,阐述了高可靠晶圆级芯片封装(WLP)、倒装焊封装(BGA)、系统级封装(SIP)、三维叠层封装、TSV通孔结构的实现原理、关键工艺技术及发展趋势。     

表面镀层对封帽质量的影响

气密封装工艺技术是混合电路制造的关键技术。在可靠性要求较高的场合,对混合电路产品提出了水汽含量、漏气率和粒子碰撞噪声检测(PIND)合格率的指标要求。封装内部的多余物对电子器件的可靠性带来严重影响。主要从盒体的表面镀层方面进行讨论,分析了不同的金属化结构和不同的镀层厚度对气密封装的影响。实验表明,当封装使用的压力较大时,化学镀镍外壳的镀层容易出现裂纹,造成外壳锈蚀。外壳使用化学镀镍、电镀金结构时,其PIND不合格率较高。当镀层厚度超标时,不仅PIND不合格率较高,也会出现漏气问题。     

碳化硅器件挑战现有封装技术

碳化硅(SiC)器件的新特性和移动应用的功率密度要求给功率器件的封装技术提出了新的挑战。现有功率器件的封装技术主要是在硅基的绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)等基础上发展起来的,并一直都在演进,但这些渐进改良尚不足以充分发挥SiC器件的性能,因而封装技术需要革命性的进步。在简述现有封装技术及其演进的基础上,主要从功率模块的角度讨论了封装技术的发展方向。同时讨论了功率模块的新型叠层结构以及封装技术的离散化、高温化趋势,并对SiC器件封装技术的发展方向做出了综合评估。     

Degradation of ZnSe/ZnTe multiquantum well contacts to p-ZnSe

The work presented in this paper studied the degradation of ZnTe/ZnSe multiquantum well contacts to p-ZnSe under high current loading (1000 to 1500 A/cm²). During degradation, localized heating (up to 200°C > the bulk substrate and heat sink) was observed to occur at the point were electrical power was supplied. Auger data from degraded samples indicated that due to the localized heating, Zn and Te from the ZnTe layers and Zn from the ZnSe layer diffused through the Au metallization to the samples surface. In addition, thermal stress from the localized heating generated micro-cracks in the ZnSe which acted as high diffusivity paths for impurities. Rectangular defects were also found to form in the degraded region. These defects were oriented to the micro-cracks and had similar geometries as dislocation patches (dark line defects) which have been reported to form in the quantum well region of degraded ZnSe based laser devices. The similarities between the rectangular defects and dark line defects suggest the formation of similar dislocation patches in the quantum well region of the multiquantum well contacts.     

MEMS器件真空封装工艺研究

MEMS器件的真空封装是整个工艺过程中的难点,封装的质量决定着整个器件的质量和使用寿命。现有的封装工艺,封装后器件内部真空度不能有效保持,是需要在真空下工作的器件的瓶颈。随着吸气剂的广泛使用,使MEMS器件的真空度保持能力大大提高,但现有的封装工艺设备不能满足吸气剂的激活条件。分析了空气阻尼对MEMS器件品质因数的影响,提出一种将现有的真空共晶设备的改进方法,使之能应用于使用吸气剂的MEMS器件的真空封装工艺。