文档介绍：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
硕士学位论文
Cu/Sn等温凝固键合在MEMS气密封装中的应用研究
姓名:杜茂华
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:罗乐
20040401
/等温凝固键合在气密封装中的应用研究摘要杜茂华⒌缱友в牍烫宓缱友指导老师:罗乐研究员为保护传感器不收外界污染,气密封装工艺已成为封装中极为重要的一发一种新型的气密封装方法。所谓等温凝固是指高熔点元素和低熔点元素,在比低熔点为所形成的固溶体或金属间化合物往往具有比反应温度更高的熔点或相变温度。这比键合温度更高的温度。论文选用铜和锡为键合材料,以剪切强度测试、湎呒觳狻⒔鹣嘞晕⒎治觥⑸描电镜及能谱分析等为主要检测手段,对等离子体处理,键合气氛,压力以及层厚度等因素对焊层的键合强度的影响进行了分析和优化。结果表明,等离子体处理过能得到最佳的键合质量;压力对键合质量的影响较小,施加较小的压力既能得到较大的剪切强度;而层厚度对键合质量的影响极小。在最优化条件下,键合结构全部满足美国军方标准规定的强度。论文最后还对铜锡等温凝固键合结构的气密性进行了研究。初步实验表明,键合结构能够满足美国军标中对封装结构气密性的要求。本论文完成了键合方法的开发,并初步验证了其在气密封装中应用的可行性,为进一步的实用化研究奠定了基础。关键词:芯片键合气密封装等温凝固/体系环。本论文的目的是根据目前封装工艺中已有的键合工艺,以等温凝固原理为基础开点元素的熔点略高的恒定温度下反应,形成固溶体或生成金属间化合物的过程。其特一特点运用到键台中,使键合可以在较低温度下进行,而使形成的键合结构能够承受程的引入是保证键合质量的决定性因素,在处理功率撸硎奔秒的条件下,得到了最大的键合强度;而键合气氛对键合质量有显著的影响,在真空环境下,中国科学院上海微系统与信息技术研完所硕士论文
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/甈..:中国科学院上海微系统与信息技术研究所硕士论文.
——一竺祭价攒衍讶ブ黧蒙敷媚第一章引言微制造工艺温度、湿度等,并将这些物理量转换成电信号或其他能处理的信号,提供给微系统,封装技术概述—狹縋微型机电系统,是指那些大小在毫米级以下,构成元件尺寸在微米、纳米量级的可控制、可运动的微型机电装置。微型机电系统不仅指体积微型化,而且还指可大批量重复生产、集微型结构、微型传感器、微型执行器以及信号处理、控制、通信等功能于一体的系统。微型传感器的作用就是采集外部信息,包括各种物理量,如位置、速度、加速度、压力、力、力矩、磁场、微系统据此作出判断,向微执行器发出指令,完成一定的任务【。从近几年的发展来看,各种器件不断涌现,主要有:用于空间领域的敏感测量器件的姿态控制系统中的各种器件:光通讯中的关键元器件,如光开关、波分复用器等;计算机外部的麦克风、高密度硬盘读取头、打印喷墨头、光驱读取头等;车用加速度计、陀螺、压力计等;生物医学和医用的微型测量系统等。表的微制造工艺据预测,未来的二十年里,产业将得到迅猛发展,在全球达到到亿美元。然而,器件实现从实验阶段向产业化的过渡还必须克服许多技术和设备上的困难。其中最大的困难之一就是封装问题。由于经济上的考虑,要求的封装在现有的微电子行业设备上完成。但封装具有其自身的特点。首先,的封装在对可动部分加以保护的同时,往往要求实现其结构上具有与环境接触的窗口;其次,由于器件种类繁多,它们各自对封装的要求又千差万别,§材料减法工艺加法工艺连接工艺硅湿法刻蚀物理气相沉积键合干法刻蚀化学气相沉积黏合荆切片溶胶凝胶塑聱‘等离子蚴焊接离子柬刻蚀黏台荆激光切割电铸微注塑工艺金属黏台剂微加工微焊接激光焊接激光化学气相沉积超声焊接被覆烧结等离子刻蚀键台中国科学晟虾N⑾低秤胄畔⒓贾芯克妒垦宦畚
所以要推出一个低成本的适用于所有器件的封装工艺几乎是不可能实现的。事实上,现在的状况是每困难大大阻碍了市场的发展。设施。每一单独成品都必须从微制造和封装的最初起点开始。几乎在所有的元件封装最高。众所周知,水汽会导致传感器输出信号发生偏移,并能腐蚀金属。因此,保护传感器不受外界污染以成为气密封装的首要任务。但气密封装的作用并非仅限于气密封装,可以使微谐振器、微陀螺、微加速度计等得到更大的岛透叩牧槊目前,主要有两种实现气密封装的办法:整体封装方法和后封装方法。宸庾胺椒器件都必须发展出自己的封装工艺。因而封装的成本在器件的总成本中占有相当大的份额ブ,所以封装技术的的封装面临的最大困难是没有统一的规格、足够的知识及经验积累和基础中都要用到两个以上的连接概念。商业上得到成功运用的是喷墨打印头,这已经成为和微系统封装在工业上最大的应用领域