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微纳电子技术 2015年第4期52卷 266-270页

作者：张巍单光宝杜欣荣西安微电子技术研究所西安710119

为实现硅通孔(TSV)立体集成多层芯片可靠堆叠,对一种具备低温键合且不可逆特点的cu/sn等温凝固键合技术进行了研究。基于cu/sn系二元合金平衡相图,分析了金属层间低温扩散反应机理,设计了微凸点键合结构并开展了键合工艺实验。通过优化... 详细信息

为实现硅通孔(TSV)立体集成多层芯片可靠堆叠,对一种具备低温键合且不可逆特点的cu/sn等温凝固键合技术进行了研究。基于cu/sn系二元合金平衡相图,分析了金属层间低温扩散反应机理,设计了微凸点键合结构并开展了键合工艺实验。通过优化键合工艺参数,获取了性能稳定的金属间化合物(IMC)层,且剪切力键合强度值达到了国家标准,具备良好的热、机械特性。将其应用到多芯片逐层键合工艺实验当中,成功获取了4层堆叠样品,验证了cu/sn等温凝固键合技术在TSV立体集成中的应用潜力。

关键词： cu/sn体系低温键合等温凝固扩散硅通孔(TSV) 三维集成

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cu/sn等温凝固键合在MEMS气密封装中的应用研究

Cu/Sn等温凝固键合在MEMS气密封装中的应用研究

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作者：杜茂华中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）

学位级别：硕士

为保护传感器不收外界污染，气密封装工艺已成为MEMS封装中极为重要的一环。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... 详细信息

为保护传感器不收外界污染，气密封装工艺已成为MEMS封装中极为重要的一环。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。这一特点运用到键合中，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、x射线检测、金相显微分析、扫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sn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，等离子体处理过程的引入是保证键合质量的决定性因素，在处理功率500瓦，处理时间200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，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sn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(MIL STD883)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MEMS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 cu/sn体系

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cu/sn等温凝固键合技术在MEMS圆片级气密封装中的应用

Cu/Sn等温凝固键合技术在MEMS圆片级气密封装中的应用

引用

作者：李莉中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）

学位级别：硕士

随着MEMS技术发展和商业化进程的推进，MEMS封装成为关键问题之一，尤其是低成本和高可靠性的圆片级气密封装技术尚不能够完全满足应用要求。MEMS圆片级气密封装不仅能防止外部环境对内部器件的污染，还能防止划片工艺对MEMS器件内部结... 详细信息

随着MEMS技术发展和商业化进程的推进，MEMS封装成为关键问题之一，尤其是低成本和高可靠性的圆片级气密封装技术尚不能够完全满足应用要求。MEMS圆片级气密封装不仅能防止外部环境对内部器件的污染，还能防止划片工艺对MEMS器件内部结构的破坏;而真空气密封装可以提高多种MEMS器件(如RFMEMS开关、微谐振器、陀螺等)的性能，对MEMS技术的发展和应用具有至关重要的影响。本文通过对常用气密性封装键合方法和键合材料存在的问题进行分析，提出了一种新颖的介质键合方法—cu／sn等温凝固键合。在研究了等温凝固和cu／sn反应机理的基础上，对cu／sn—cu等温凝固键合工艺进行了优化，包括：cu／sn薄膜的电镀成形工艺，种子层的选择性干法去除工艺，表面杂质的等离子预处理技术，键合温度曲线的优化，以及键合温度的选择，最终成功实现了圆片级气密性封装。利用X射线检测、金相分析、剪切强度和气密性检测等方法对cu／sn键合质量进行了检测，分析了键合层材料结构、sn膜的厚度和密封环宽度对cu／sn键合的气密性的影响。实验结果表明：优化后的cu／sn-cu结构具有理想的键合效果，最小50μm线宽的密封环就能实现良好的气密性封装;其最大剪切强度达到27.7Mpa，漏率～2×10atm cc／s，达到了MIL-STD-883E标准的要求。本文还应用cu／sn等温凝固键合气密性封装技术和硅MEMS工艺成功制备了三明治结构的微谐振器，分别测试了微谐振器在气密封装和大气环境下工作时的幅频特性，对比其品质因数Q，验证了cu／sn气密性封装技术的有效性和实用性。本文讨论了MEMS可靠性的特点，总结了主要的失效模式和分析方法。在-55℃～125℃对cu／sn等温凝固气密封装的样品进行了1000次温度冷热循环实验，气密性测试结果表明cu／sn键合气密封装具有良好的温度可靠性。最后通过研究样品的气密性和剪切强度变化，我们对cu／sn键合可能的失效机理和使用寿命进行了分析。

关键词：圆片级气密封装等温凝固 cu/sn体系微谐振器可靠性

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cu/sn等温凝固芯片键合工艺研究

引用

功能材料与器件学报 2004年第4期10卷 467-470页

作者：杜茂华蒋玉齐罗乐中国科学院上海微系统与信息技术研究所

研究了cu/sn等温凝固芯片键合工艺,对等离子体处理、键合气氛、压力以及sn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。实验表明,等离子体处理过程的引入是保证键合质量的重要因素,在功率500W、时间200s的处理条件下,得到了... 详细信息

研究了cu/sn等温凝固芯片键合工艺,对等离子体处理、键合气氛、压力以及sn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。实验表明,等离子体处理过程的引入是保证键合质量的重要因素,在功率500W、时间200s的处理条件下,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,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(0.05MPa)即能得到较大的剪切强度;而sn层厚度对键合质量的影响极小,而较薄的厚度能够缩短键合时间。在最优化条件下,得到的键合强度值全部达到了美军标规定的6.25MPa的强度要求(对于2mm×2mm芯片)。

关键词：芯片键合等温凝固 cu/sn体系微结构

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