晶片直接键合所需表面粗糙度条件

根据JKR接触理论,推导出晶片直接键合时晶片接触表面粗糙度需要满足的条件,其中晶片接触表面粗糙度的描述是基于缝隙长度和缝隙高度的正弦波模型.分析结果表明,晶片直接键合的条件与无量纲参数α有关.以硅片键合为例,根据参数α可以把硅片键合分为三种类型:硅片直接键合(α＞1.065);在外压力作用下键合(0.57＜α＜1.065)和有空洞产生的键合(α＜0.57).实验数据与理论结果吻合得很好.     

表面活化处理在激光局部键合中的应用

为了研究低热应力键合工艺,提出了一种将表面活化直接键合与激光局部键合相结合的键合技术。首先采用RCA溶液对键合片进行表面亲水活化处理,并在室温下成功地完成了预键合。然后在不使用任何夹具施加外力辅助的情况下,利用波长1064nm、光斑直径500μm、功率70W的Nd:YAG连续式激光器,实现了激光局部键合,并取得了6.3MPa~6.8MPa的键合强度。结果表明,这种以表面活化预键合代替加压的激光局部键合技术克服了传统激光键合存在的激光对焦困难,以及压力不匀易损害键合片和玻璃盖板等缺点,同时缩短了表面活化直接键合的退火时间,提高了键合效率。     

硅/玻璃紫外固化中间层键合

利用玻璃的透光特性和紫外固化的成熟技术,研究了一种使用紫外固化胶作为中间层的玻璃/硅室温键合工艺.通过选择一定波段的紫外固化胶,旋涂紫外胶后使用365nm光刻机作为紫外光源控制紫外固化,从而实现了硅/玻璃的中间层键合.分析测试结果表明,紫外固化辅助的中间层键合可以成功应用于硅/玻璃键合,中间层厚5～6μm,键合强度达到26MPa.该工艺只需室温条件,简单高效,成本低廉,无需额外的压力或电场,对于硅/玻璃低温键合封装具有潜在的应用价值.     

圆片直接键合界面表面能测试研究

基于裂纹传播扩散法,研究了键合圆片的表面能计算方法,推导出包括圆形、矩形、三角形等形状样品的平均表面能计算公式,并应用于硅片直接键合的表面能计算.应用实例表明,上述公式能方便地计算出键合圆片的平均表面能,实现对键合质量的检测和评估,进而可以指导和优化圆片直接键合工艺.     

基于UV光照的圆片直接键合技术

研究了UV辅助活化与湿化学清洗活化相结合的圆片直接键合技术,并利用红外测试系统、单轴拉伸测试仪和场发射扫描电子显微镜,结合恒温恒湿实验、高低温循环实验对键合质量进行了测试.结果表明,采用该技术可以实现较好的圆片直接键合,提高键合强度,控制合适的UV光照时间可以获得更高的强度,对键合硅片进行恒温恒湿和高低温交变循环处理后,硅片仍能保持较高的键合强度.因此,该工艺对于改进圆片直接键合技术是行之有效的,具有很大的应用潜力.     

表面翘曲度对晶圆直接键合的影响

根据薄板弯曲理论,推导出晶圆表面翘曲度及夹具形状影响晶圆直接键合的理论公式,很好地解释了晶圆材料性质及尺寸大小对直接键合的影响.利用理论公式比较了晶圆在外压力和无外压力作用下翘曲度对晶圆直接键合的不同影响,结果表明晶圆键合后的形状由晶圆的初始形状及键合所用的夹具决定.最后应用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明,晶圆存在一定翘曲度时施加合适的外压力将有助于晶圆的直接键合.     

基于低温直接键合的血细胞计数芯片结构制备

研究了一种新颖的微流管道血细胞计数器的结构及其工作原理,采用流体动力学对其液体分层流动特性进行了仿真分析,结合图形制备和低温直接键合工艺制作了硅基微流体管道血细胞计数器结构,并采用红外透射方法对微流体管道结构进行了检测.对封闭管道的流通性及结构的键合强度也进行了测量.研究分析表明,采用上述工艺制备的微流体芯片结构与电子器件兼容性好,具有良好的化学惰性和热稳定性,而且管道结构规则,精度高,键合界面层薄,具有较好的应用前景.     

硅/玻璃紫外固化中间层键合

利用玻璃的透光特性和紫外固化的成熟技术,研究了一种使用紫外固化胶作为中间层的玻璃/硅室温键合工艺.通过选择一定波段的紫外固化胶,旋涂紫外胶后使用365nm光刻机作为紫外光源控制紫外固化,从而实现了硅/玻璃的中间层键合.分析测试结果表明,紫外固化辅助的中间层键合可以成功应用于硅/玻璃键合,中间层厚5～6μm,键合强度达到26MPa.该工艺只需室温条件,简单高效,成本低廉,无需额外的压力或电场,对于硅/玻璃低温键合封装具有潜在的应用价值.     

圆片键合强度测试方法分析

介绍了三种典型的圆片键合强度表现形式:抗拉强度、剪切强度和粘接强度.针对每种表现形式的特点,分析了相应的测试方法.抗拉和剪切强度以力为表征,主要的测试方法是一维直拉法,可测78.4 MPa强度以下的键合样件,但是测试样件制备要求比较严格;粘接强度是以能量形式表征键合强度,可以从本质上了解键合质量,主要测试方法是DCBT法.但是DCBT法需要精确计算所做的功,对测试设备要求较高.因此,抗拉和剪切强度主要应用于生产实际中而粘接强度侧重于科研工作.     

晶片键合质量的红外检测系统设计

基于晶片的红外透射原理,设计并搭建了晶片直接键合质量红外检测装置,并利用图像处理技术开发了相应的软件模块,可以快速获取键合界面的特性参数,如空洞分布、大小及键合率等,从而实现晶片直接键合质量的快速评估.同时,将该红外检测装置与硅片键合装置结合一体,可以实时监测硅片直接键合工艺.通过分析不同工艺条件下所获得的键合片质量,包括键合率、缺陷分布以及键合强度等参数的比较,可以有助于理解晶片键合的机理,实现键合工艺的优化.