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。     

用低温圆片键合实现传感器和微电子机械系统器件的集成和封装

集成化是传感器和微电子机械系统(MEMS)的发展方向,即将传感功能、逻辑电路和驱动功能集成在一块单芯片上。未来的系统芯片将能通过集成的传感器和逻辑电路收集并分析外界数据,将这些数据传输到中央处理器并产生必要的动作或反应。讨论了这种系统集成芯片对于封装和集成的要求,并提出一种能够满足这种要求的低温键合技术。同时这种低温键合技术还具有气密性封装、保留透明窗口等优点。     

MEMS圆片级封装用Cu-Sn低温键合机理与工艺研究

研究了利用低温等温凝固技术实现Cu-Sn键合在MEMS圆片级封装中的应用.基于Cu-Sn二元平衡相图,对键合层结构进行了设计,同时设计了用于测试的键合图形,并对设计的键合结构进行了流片实验.通过对圆片制作及键合等工艺的一系列优化,在250℃的低温条件下生成了熔点为415℃的金属间化合物,获得了良好的键合层.得到的键合样品剪切力强度值达到了GJB548B-2005标准的要求.研究表明,Cu-Sn等温凝固键合技术具有实际应用的潜力.     

MEMS低温圆片级键合密封工艺研究

研究了一种使用非光敏苯并环丁烯(BCB)材料的低温硅片级键合,并将其用于压力谐振传感器封装.采用AP3000作为BCB中的黏结促进剂,将谐振片与硅片或Pyrex 7740玻璃晶圆键合,程序简单,低成本,密封性能较高,且键合温度低于250℃.通过拉伸实验,这种键合的剪切强度高于40 MPa.所以此硅片级键合适用于压力传感器的封装.     

MEMS圆片级真空封装金硅键合工艺研究

提出一种适用于微机电系统(MEMS)圆片级真空封装的键合结构,通过比较分析各种键合工艺的优缺点后,选择符合本试验要求的金硅键合工艺.根据所提出键合结构和金硅键合的特点设计键合工艺流程,在多次试验后优化工艺条件.在此工艺条件下,选用三组不同结构参数完成键合试验.之后对比不同的结构参数分别测试其键合质量(包括键合腔体泄漏率...     

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。     

MEMS局部加热封装技术与应用

随着半导体技术的发展,封装集成度不断提高,迫切需要发展一种低温封装与键合技术,满足热敏器件封装和热膨胀系数差较大的同质或异质材料间的键合需求。针对现有整体加热封装技术的不足,首先介绍了局部加热封装技术的原理与方法,然后对电流加热、激光加热、微波加热、感应加热和反应加热等几种局部加热封装技术进行了比较分析,最后具体介绍了局部加热封装技术在热敏器件封装、MEMS封装和异质材料集成等方面的应用。由于局部加热封装技术具有效率高、对器件热影响小等优点,有望在MEMS技术、系统封装(SiP)、三维封装及光电集成等领域得到广泛应用。     

玻璃中介硅圆片键合研究

研究了玻璃中介圆片键合的方法.当采用低转化温度的玻璃粉末为中介玻璃层时,可在410℃实现强度较好的硅圆片键合,而如果将温度提高到430℃,键合强度可以达到4MPa.     

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器件的键合工艺研究进展

随着MEMS器件的广泛研究和快速进步,非硅基材料被广泛用于MEMS器件中.键合技术成为MEMS器件制作、组装和封装的关键性技术之一,它不仅可以降低工艺的复杂性,而且使许多新技术和新应用在MEMS器件中得以实现.目前主要的键合技术包括直接键合、阳极键合、粘结剂键合和共晶键合.     

一种基于低温共烧陶的无引线键合封装

为提高微机电系统(MEMS)加速度计的可靠性,减小因为引线键合断裂造成的传感器失效,该文设计了一种基于低温共烧陶瓷的无引线键合封装。该封装采用阳极键合技术将低温共烧陶瓷基板与芯片连接,同时将电路转接板同步集成。结果表明,该封装结构可减小传感器的封装尺寸,有效提高了MEMS加速度计的可靠性。     

CF4等离子处理在低温硅片直接键合中的应用

键合前用CF4等离子体对硅片表面进行处理,经亲水处理后,完成对硅片的预键合.再在N2保护下进行40h 300℃退火,获得硅片的低温直接键合.硅片键合强度达到了体硅的强度.实验表明,CF4对硅片的处理不仅可以激活表面,而且可以对硅片表面进行有效的抛光,大大加强了预键合的效果.     

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.     

压力传感器芯片键合用低温玻璃焊料的研制

研制开发了一种用于压力传感器芯片与 1 0 1玻璃基座相封接的三元系结晶性低温玻璃焊料 ,其基本成份为 Pb O:Zn O:B2 O3 =58:1 8:2 4 (% wt)。已用 DSC分析该玻璃焊料 ,显示在 51 0℃出现主晶相的熔化吸热峰 ,其开始熔化温度为 445℃。在硅芯片背面制备一过渡层 ,然后用此低温玻璃焊料将压力传感器芯片与玻璃基座封接在一起。封接温度为 530℃ ,低于铝硅合金相的低共熔温度 577℃。用这一封接技术制备的压力传感器有良好的技术性能 ,热漂移小且能耐沸水、耐油 ,耐 1 50℃热冲击。封接强度达 7MPa。     

芯片粘接工艺对MEMS性能影响的单元库法模型

芯片粘接工艺引起的器件-封装热失配会对MEMS器件的可靠性和性能产生显著影响.常用FEM模拟在分析此类问题时比较费时且缺乏明确的理论意义.文中基于单元库法思路提出了该类问题的理论建模方法,并依此举例分析了芯片粘接工艺中各可变参数对双端固支梁pull-in电压的影响,其结论与Ansys模拟结果一致.该方法简单准确,对MEMS的封装-器件协同设计将有着实际的意义.     

单片集成MEMS中的阳极键合工艺

分析了阳极键合工艺的原理及其工艺条件对CMOS电路的影响，并通过理论分析和实验研究了单片集成MEMS中的两种阳极键合方法：对于玻璃在硅片上方的键合方式，通过在电路部分上方玻璃上腐蚀一定深度的腔及用氮化硅层保护电路可以在很大程度上减轻阳极键合工艺的影响；而玻璃在硅片下方的键合方式，硅片上的电路几乎不受阳极键合工艺的影响，两种方法各有优缺点。     

半导体硅片键合:MEMS制造工序中的成熟技术

新型MEMS应用领域的发展为现有的制造技术带来了很大的挑战,并促使了满足新加工要求的制造能力的发展。根据目前MEMS制造中普遍采用的不同的晶圆键合方法及其主要工艺参数要求,开发了一种新型的晶圆键合技术。     

晶圆低温直接键合技术研究进展

晶圆低温直接键合技术与传统键合方式相比具有对晶片及器件损伤小、无中介层污染、无需外部电场辅助等优势,在功率型半导体光电及电力电子器件、大功率固体激光器、MEMS、光电集成等领域具有巨大的应用潜力.文章从低温直接键合技术的发展历程入手,重点介绍了湿法疏水键合、湿法亲水键合和等离子体活化键合的物理化学机制.系统阐述了低温直接键合的工艺流程和键合强度的表征方法,探讨了低温直接键合的技术发展趋势,并对低温直接键合工艺的改善和创新应用拓展进行了展望.