Sn-Cu-Au低温圆片键合强度偏低原因分析

分析了某MEMS器件Sn-Cu-Au低温圆片键合强度偏低的原因,发现该问题主要由“金脆”现象引起。结合实践经验和相关文献,总结了“金脆”现象发生的一般规律,制定了一个可以避免该现象发生的工艺方案,并开展了针对性的验证试验。试验结果表明,通过优化键合焊料系统的组分配比可以避免“金脆”现象的发生,同时也证实了这一措施是可行有效的。

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器件低成本圆片级低温键合技术的研究进展

MEMS／NEMS较为成熟的封装工艺一键合工艺，多数是在高温条件下进行，但是高温会对MEMS传感器产生不良影响，造成器件不稳定甚至失效。因此，急需开发适用于MEMS传感器的低温键合工艺。尤其是近几年，随着生化传感器和射频器件的快速发展，对低温键合封装的需求日益增强。

硅片低温键合湿化学法表面活化工艺研究

探讨了使用湿化学法对硅片表面进行活化,完成硅圆片低温直接键合的流程.通过对不同活化流程细节的分析,以及实际的实验结果,对不同的工艺流程的键合效果进行比较.提出采用浓HNO3进行表面活化的方法相对于采用H2SO4以及HF效果要好.其在Si片表面生成的多孔结构氧化层有利于键合.此外,混合了微量HF的活化液由于HF活性较大,配量不易控制,在实际实验室环境中并不实用.文中还给出了实际键合样片的红外图像以及拉伸曲线.

光敏型BCB在MEMS圆片级封装中的应用

利用光敏型苯并环丁烯（benzocyclobutene4000系列，简称BCB）作为粘结介质，直接通过光刻实现圆片级图形化封装。实验采用密封环结构对硅片进行了低于200％的圆片级低温键合封装实验，依据GJB548A标准，对光敏型BCB材料键合封装后的样品进行剪贴力与气密性测试得出：样品在500kPa氦气中保压5h，封装样品漏率小于200×10-9kPa·cm3／s、剪切力平均值为98N（其中键合面积占芯片总面积的30％），完全达到了圆片级图形化封装的要求。

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。

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。

金-硅共晶键合技术及其应用

采用金属过渡层来实现硅-硅低温键合,首先介绍了选择钛金作为金属过渡层的原因和金硅共晶键合的基本原理,然后探索了不同键合面积和不同金层厚度对金硅共晶键合质量的影响规律,开展了图形化的硅晶圆和硅盖板之间的低温共晶键合实验研究,获取了最优键合面积的阈值和最优金层厚度.最后将该低温金硅共晶键合技术应用到MEMS器件圆片级封装实验中,实验结果表明较好地实现了MEMS惯性器件的封装强度,但是还存在密封性差的缺陷,需进一步进行实验改进.

一种基于TSV和激光刻蚀辅助互连的改进型CIS封装

提出了一种基于硅通孔(TSV)和激光刻蚀辅助互连的改进型CMOS图像传感器(CIS)圆片级封装方法。对CIS芯片电极背部引出的关键工艺,如锥形TSV形成、TSV绝缘隔离、重布线(RDL)等进行了研究。采用低温电感耦合等离子体增强型化学气相淀积(ICPECVD)的方法实现TSV内绝缘隔离;采用激光刻蚀开口和RDL方法实现CIS电极的背部引出;通过采用铝电极电镀镍层的方法解决了激光刻蚀工艺中聚合物溢出影响互连的问题,提高了互连可靠性。对锥形TSV刻蚀参数进行了优化。最终在4英寸(1英寸=2.54 cm)硅/玻璃键合圆片上实现了含有276个电极的CIS圆片级封装。电性能测试结果表明,CIS圆片级封装具有良好的互连导电性,两个相邻电极间平均电阻值约为7.6Ω。

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。