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。

圆片级BCB键合的Cu-Cu互连技术研究

研究了基于圆片级苯并环丁烯(Benzocyclobutence,BCB)键合技术的Cu-Cu互连的界面情况。提出一种Cu凸点插针形式的圆片级BCB键合结构,研究BCB预固化程度、键合压力以及BCB与Cu厚度差等因素对晶圆界面键合质量的影响,并对此键合结构进行了键合空洞检测与剖面SEM分析,以及温循可靠性评价。结果表明,当预固化温度为210℃、键合压力为2×10~5 Pa,电流密度为20mA/cm^2、Cu与BCB厚度差值为3μm时,键合结构界面无空洞、键合质量高,并且Cu-Cu互连导通良好,接触电阻小于10mΩ。

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。

采用Sn中介层的覆Al薄膜硅片键合技术研究

研究采用Sn作为中间层键合覆盖Al薄膜的硅片。相对于Al-Al直接热压键合,该系统能提供低温、低压、快速的圆片级键合方案。采用直径为100 mm硅片,溅射一层500 nm厚度的Al层后,在N2气氛下进行450°C,30分钟退火,采用Ar等离子体清洗后,溅射一层500 nm厚度的Sn层。将硅片金属面紧贴在一起放入键合机中键合,在真空中进行。键合时间为3分钟条件下,得到平均剪切强度为9.9 MPa,随着键合时间增加,剪切强度显著降低。

Au/Sn共晶键合技术在MEMS封装中的应用

研究了Au/Sn共晶圆片键合技术在MEMS气密性封装中的应用。设计了共晶键合多层材料的结构和密封环图形,盖帽层采用Ti/Ni/Au/Sn/Au结构,器件层采用Ti/Ni/Au结构,盖帽层腔体尺寸为4.5 mm×4.5 mm×20μm,Au/Sn环的宽度为700μm,优化了键合工艺,对影响气密性的因素(如组分配比、键合前处理和键合温度等)进行了分析。两层硅片在氮气气氛中靠静态的压力实现紧密接触。在峰值温度为300℃、持续时间为2 min的条件下实现了良好的键合效果,其剪切力平均值达到16.663 kg,漏率小于2×10-3 Pa·cm3/s,满足检验标准(GJB548A)的要求,验证了Au/Sn共晶键合技术在MEMS气密封装中的适用性。

采用精密印刷技术的玻璃浆料圆片级气密封装

采用先进的丝网印刷设备和精密印刷技术,对MEMS器件玻璃浆料气密封装技术,包括丝网印刷、预烧结和键合工艺等进行了深入研究。采用三种不同线宽的丝网板对二次印刷工艺进行了优化,提高了玻璃浆料的平整度和均匀性。经烧结键合后的封装体具有较高的封接强度(剪切力>12kg)及良好的气密性(氦气精检合格率100%),可实现高质量的圆片级气密封装。

玻璃浆料低温气密封装MEMS器件研究

系统地研究了玻璃浆料在低温下气密封装MEMS器件的过程。采用该工艺(预烧结温度400℃,烧结温度500℃,外加压强3kPa)形成的封装结构具有较高的封接强度(剪切力>15kg)及良好的气密性(气密检测合格率达到85%),测得的漏率符合相关标准。