MEMS器件气密性封装的低温共晶键合工艺研究_图文.

１　引言随着ＭＥＭＳ发展的需要，体硅加工技术也在不断地发展，很多结构复杂的微结构不断出现，但是目前使用最多的就是硅压力传感器的硅杯结构。

绝对压力传感器需要一个密封的腔体，这种结构最简单的制作方法就是先用体硅腐蚀，制作硅杯，然后再通过键合工艺得到，所以键合已经成为硅微加工技术中一项非常重要的工艺。

键合的方法有很多种，一般包括硅玻璃静电键合、硅硅直接键合、金硅共晶键合等。

硅玻璃静电键合是在一定的温度（１５０～５００　℃），将紧贴在一起的硅片与玻璃在高电压（上千伏）将两者通过化学键的作用牢牢地结合到一起［１］。

这种方法虽然简单易行，但是过高的工作电压限制了它的使用，因为一般键合工艺比较靠后，往往前面很多结构已经做好，比如一些薄膜结构，由于高压的作用，薄膜有可能发生形变，与其他结构粘连从而造成失效［２］。

硅硅直接键合一直是被很多人所看好的，也是目前键合工艺里面研究最多的课题。

硅硅直接键合需要在很高的温度（１０００　℃以上）下进行，并且要对硅片进行一系列的处理，首先是清洗，硅硅直接键合需要非常清洁的表面，哪怕一点颗粒的沾污也会造成键合失败。

因为是硅直接接触，两个都是刚性比较好的物质，所以很微小的颗粒就可以使密封性遭到破坏，键合失败。

其次是表面活化和亲水性处理，需要很多工艺步骤，比如用一些有机化学试剂浸泡、用等离子进行表面活化等［３］。

另外１０００　℃以上的高温也限制了这种方法在一些结构中的应用，比如做了铝引线的结构。

金硅共晶键合方法融合了以上两种键合的优用于ＭＥＭＳ器件的单面溅金硅共晶键合技术刘兵武，张兆华，谭智敏，林惠旺，刘理天（清华大学　微电子学研究所，北京　１０００８４）摘要：分析了金硅共晶键合的基本原理，讨论了键合实验的基本工艺，给出了键合的测试结果。

这种键合方法键合温度低，键合工艺简单，与器件制造工艺兼容，对工艺环境要求不高，可以得到满意的键合强度，而且成本低，特别适合于已经做过结构的器件键合封接工艺。

2005年第24卷第9期传感器技术（Journal of Transducer Technology）低温阳极键合技术研究王多笑，邬玉亭，褚家如（中国科学技术大学精密机械及精密仪器系，安徽合肥230027）摘要：通过键合温度220～250℃、键合电压400～600V的硅玻璃低温阳极键合实验，分析了温度和电场分别对键合强度和键合效率的影响，并讨论了键合机理。

关键词：低温；阳极键合；键合机理。

中图分类号：TB42 文献标识码：A 文章编号：1000-9787（2005）09-0037-03 Research on low temperature anodic bonding techniqueWANG Duo-xiao，WU Yu-ting，CHU Jia-ru（Dept of Precision Mach and Precision Instr，University of Science and Technology of China，Hefei230027，China）Abstract：With the bonding temperature ranging from220～250℃and the bonding voltage ranging from400～600V，the effects of temperature and the applied voltage on the bonding strength and the bonding efficiency are analysed by low temperature silicon-glass anodic bonding experiments.The bonding mechanism is discussed.Key words：low temperature；anodic bonding；bonding mechanism0 引言阳极键合技术是由美国Wallis等人提出，又称静电键合或场助键合，是一种将硅芯片或圆片与玻璃衬底相封接的封装方法。

Au-Al共晶键合在MEMS器件封装中应用的研究
肖斌;邝云斌;虢晓双;侯占强
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2022(41)7
【摘要】针对微机电系统(MEMS)器件在实际应用中出现的真空封装可靠性低的问题,进行了Au-Al共晶键合实验研究。

重点研究了键合金属层的厚度、键合温度和作为键合区域的密封圈的结构对键合样品性能的影响,同时借助3D超景深测量显微镜对Au-Al共晶键合样品界面的微观结构进行了分析。

结果表明:当键合温度为300℃,Au层厚度为600 nm,Al层厚度为200 nm,采用宽度为50μm的密封圈,此时键合样品的综合性能最好,力学性能达到最佳。

【总页数】4页(P21-24)
【作者】肖斌;邝云斌;虢晓双;侯占强
【作者单位】国防科技大学智能科学学院;湖南省MEMS工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TN305
【相关文献】
1.基于Ag-Sn焊片共晶键合的MEMS气密性封装
2.MEMS器件气密性封装的低温共晶键合工艺研究
3.阳极键合在MEMS封装中的研究进展
4.用于MEMS器件的单面溅金硅共晶键合技术
5.石墨烯MEMS压力传感器Au/Sn共晶键合气密性封装
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Au--Si共晶键合技术及翘板式RF MEMS开关的研究的开题报告尊敬的评审专家：很荣幸能够在众多竞争者中获得您的青睐。

我是来自某大学研究生院的XXX，今天向各位专家提出我即将开展的研究——Au-Si共晶键合技术及翘板式RF MEMS开关的研究。

一、研究背景随着信息技术的不断发展，对通信系统设备的性能更高、尺寸更小、集成度更高的要求越来越高。

射频微机电系统（RF MEMS）是实现高性能射频微波器件的新技术，具有快速开关响应、低损耗和低电力消耗等优势，已成为研究热点。

目前，研究人员在RF MEMS器件制备中广泛使用Au-Si共晶键合技术。

注意到Au和Si的共晶点很低，而共晶点的附近具有较高的扩散活性和易形成金属原子之间的键合。

在共晶温度下，Au与Si之间自发合成Au-Si共晶合金，能够使晶片间永久性地粘结。

此技术在器件制备中具有重要的意义，已在一些器件中得到成功应用，但在实际操作中还有很多问题需要解决。

二、研究目的本研究主要探讨Au-Si共晶键合技术在RF MEMS开关制备中的应用，并结合翘板式开关，研究其在射频器件中的电性能表现。

三、研究内容1、了解Au-Si共晶技术的原理、特点和制备过程。

2、制备Au-Si键合膜，评估其键合质量，并探究影响Au-Si键合质量的因素。

3、设计和制备翘板式RF MEMS开关，以Au-Si键合技术实现晶片之间的连接。

4、对所制备的开关进行性能测试，分析其电性能表现。

四、研究意义本课题研究中，对Au-Si共晶键合技术在RF MEMS器件制备中的应用进行了探讨，在翘板式RF MEMS开关部分进行了实验研究。

研究结果有利于进一步研究RF MEMS器件制备工艺和电性能表现规律，为其在高频微波通信领域的应用提供技术支持和理论指导。

以上就是我的开题报告，谢谢您的耐心阅读！。

mems au键合工艺工艺是指通过一系列的操作和加工过程，将原材料转化为最终产品的技术过程。

在现代工业生产中，工艺的优化和改进对于提高产品质量、降低成本、提高生产效率至关重要。

而在工艺优化的过程中，MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 技术发挥着重要作用。

MEMS 是一种集成了微小机械结构、微电子器件和微传感器的技术。

通过精密的工艺和制造步骤，MEMS 技术能够在微米尺度上制造出各种微小的机械结构和电子器件。

这些微小的结构和器件可以实现各种功能，例如传感、控制、放大、滤波等。

MEMS 技术的发展使得制造出微小、高性能、低功耗的传感器和执行器成为可能，广泛应用于计算机、通信、医疗、汽车等领域。

在MEMS 技术的制备过程中，工艺的关键是精确控制微小结构的形状和尺寸。

一般来说，MEMS 的制备包括以下几个主要步骤：掩模制备、光刻、腐蚀、沉积和刻蚀。

首先，通过设计和制备掩模，将所需的微小结构图案化到掩膜上。

然后，利用光刻技术将掩模上的图案转移到硅片上。

接下来，通过腐蚀或刻蚀等化学方法，将硅片上的材料按照图案进行加工。

最后，通过沉积技术，将需要的材料沉积到已加工好的硅片上，形成最终的微小结构。

在MEMS 技术的工艺中，各个步骤都需要高度的精确控制。

例如，光刻过程需要精确控制曝光时间和曝光强度，以确保图案的准确转移。

腐蚀和刻蚀过程需要控制化学溶液的成分和浓度，以控制加工速度和加工深度。

沉积过程需要控制沉积速率和沉积均匀性，以确保最终的微小结构质量。

这些工艺参数的控制需要精密的仪器设备和先进的工艺控制技术。

除了制备工艺，MEMS 技术的封装和测试也是非常重要的环节。

封装是将制备好的MEMS 芯片封装到封装盒中，以保护芯片并提供电气和机械连接。

封装过程需要精确控制温度、湿度和压力等环境参数，以确保封装的可靠性和稳定性。

测试是对封装好的MEMS 芯片进行功能和可靠性测试，以确保其符合设计要求。

mems工艺
MEMS（微机电系统）是指将电子元器件和微机电技术结合起来，集成在一起的微型智能系统。

它是现代科技的重要组成部分，具有广泛的应用范围，如加速度计、压力传感器、惯性导航系统等领域。

其中MEMS工艺是制作微小器件的核心技术之一，下面就来介绍一下MEMS工艺。

1. 典型的MEMS工艺流程包括：制备、图案形成、光刻、腐蚀、衬底退火、封装等步骤。

其中，制备是预处理步骤，主要包括清洗和活化处理。

2. MEMS工艺中的图案形成是关键步骤，它通过制造掩模，将期望形状的板层沉积在硅衬底上，并表现出所需功能。

通常采用的方法有电子束光刻和光刻。

其中光刻是一种投影方法，将掩膜中图案通过紫外线照射投影到硅片上。

3. MEMS工艺中的腐蚀是制造微结构的一种方法。

它通常采用湿法或干法进行，湿法主要是通过氢氟酸溶解，而干法则是利用等离子体腐蚀，使硅片表面产生微细结构。

4. MEMS工艺中衬底退火是为了改善硅片的质量和性能。

它可以消除硅片的残留应力和缺陷，增强硅片的稳定性和可靠性。

5. MEMS工艺中的封装是保护微结构，避免其与环境接触。

它通常包括两种方法：微机械制造的封装和传统的封装。

综上所述，MEMS工艺是一种复杂的工艺流程，需要应用多种技术手段，在制造微小器件时具有重要的应用价值。

而且随着科技的不断进步，MEMS技术在未来将有更广阔的应用前景。

开题报告MEMS气体压力传感器的设计与封装研究学生姓名：专业班级：机械学号：指导老师：为用扩散方法形成的四个桥臂电阻。

在零压力初始状态时，电桥的输出为：132401234 (1)()()R R R R V R R R R -=++图1 恒压电路原理图 图2恒流电路原理图b.恒流源供电。

采用恒流源供电，桥路连接方法如图2所示。

这时零输出电压为：132400 1234I (2)()R R R R V R R R R -=•+++ 恒流源供电时，输出电压与压敏电阻增量及恒流源电流成正比。

恒流源精度对传感器精度有影响。

这种供电方法的优点是电桥的输出与温度无关，不受温度的影响。

2）压敏电阻的设计压力敏感器件由扩散在硅膜上的四个电阻连成的惠斯顿电桥组成。

电阻的设计直接影响器件的性能。

电阻的阻值范围根据不同的应用场合，从几百欧姆到几千欧姆。

电阻的形状，根据硅膜片的结构和尺寸，一般选用图3所式的两种形状。

电阻的形状确定之后，可用下式计算阻值：图3电阻条常用形状（2）硅膜片上的压阻全桥设计。

硅压阻式压力传感器常用的膜片结构有圆形、方形和矩形三种。

硅膜片的结构不同，在压力作用下，硅膜片上的应力分布也不同，因此，压阻全桥在硅膜片上的设计也不同。

在传统的工业用压阻式压力传感器中，硅膜片用机械研磨方法在硅片背面加工而成(即形成所谓硅杯)。

这种方法加工的硅膜片尺寸较大，一般是直径10mm 左右的圆形硅膜片。

这时，电阻的尺寸可取得较大，电阻位置的偏差影响也比较小。

但是，在集成化和微型化的压力传感器中，硅膜的尺寸大大缩小，电阻值和位置偏差引起的灵敏度偏LPCVD法生长多晶硅离子注入硼退火刻电阻条淀积SiO2Si3O4SiO2光刻蒸铝合金化铝电极光刻硅杯窗口套刻硅杯腐蚀去除SiO2Si3O4切片验收芯片热老化图4 工艺流程图（2）MEMS气体压力传感器的封装对于压力传感器的封装，概括起来，应该满足以下几方面的要求：1）机械上是坚固的，抗振动，抗冲击；2）避免热应力对芯片的影响；3）电气上要求芯片与环境或大地是绝缘的；4）电磁上要求是屏敝的；5）用气密的方式隔离腐蚀气体或流体，或通过非气密隔离方式隔离水气；6）低的价格，封装形式与标准制造工艺兼容。

用于ME MS器件的键合工艺研究进展张东梅,叶枝灿,丁桂甫,汪　红(上海交通大学微米/纳米加工技术国家重点实验室,上海　200030)摘　要:随着ME MS器件的广泛研究和快速进步,非硅基材料被广泛用于ME MS器件中。

键合技术成为ME MS器件制作、组装和封装的关键性技术之一,它不仅可以降低工艺的复杂性,而且使许多新技术和新应用在ME MS器件中得以实现。

目前主要的键合技术包括直接键合、阳极键合、粘结剂键合和共晶键合。

关键词:直接键合;阳极键合;粘结剂键合;共晶键合中图分类号:T N605 文献标识码:A 文章编号:1001-3474(2005)06-0315-04 Developi n g Trend of Bondi n g Technology for M E M SZHANG D ong-m e i,Y E Zh i-can,D I NG Gu i-fu,W ANG Hong(Shangha i J i a otong Un i versity,Shangha i　200030,Ch i n a)Abstract:W ith the devel opment of m icr o-electr omechanical syste m s,non-silicon materials have been widely used in ME MS.W afer bonding technol ogy is one of the key technol ogy f or fabricati on,as2 se mbly and packaging of ME MS devices.It can make the p r ocess si m p ler.The main bonding technol ogy is direct bonding,anodic bonding,adhesive bonding and eutectic bonding.Key words:D irect bonding;Anodic bonding;Adhesive bonding;Eutectic bonding.D ocu m en t Code:A Arti cle I D:1001-3474(2005)06-0315-04 微机电系统(ME MS)是将微机械元件、微型传感器、微型执行器、信号处理与控制电路等集成于一体的微系统,是随着半导体集成电路、微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。

Cu/Sn等温凝固键合在MEMS气密封装中的应用研究【中文题名】 Cu/Sn等温凝固键合在MEMS气密封装中的应用研究【英文题名】 Study on the Application of Bonding Technology for Cu/Sn Isothermal Solidification in MEMS Hermetic Package 【中文摘要】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【英文摘要】 To protect devices from damage and contamination for longer lifetime, hermetic packaging process has become required characteristics for most MEMS application. Base onthe theory of isothermal solidification (IS) which is a process whereby reaction or/and diffusion taking place between a liquid oflow melting metal and a solid of high melting one at a constant temperature slightly above the low melting point, to formintermetallic compound or solid solution., this thesis aims at exploiting a new hermetic 【中文关键词】芯片键合. 气密封装. 等温凝固. Cu/Sn体系. 【英文关键词】 die bond. hermetic package. isothermal. solidification. Cu/Sn system. 中文摘要 003-004 Abstract 004-8 第一章引言 8-22 1.1 MEMS封装技术概述 8-15 1.1.1 MEMS气密封装的实现方法与应用 9-11 1.1.2 MEMS封装中的键合技术 11-22 1.2 等温凝固原理 15-18 1.3 Cu／Sn二元等温凝固体系 18-21 1.4 小结 21-22 第二章铜锡等温凝固薄膜及气密环结构的设计与制造 22-26 2.1 铜锡等温凝固薄膜的设计 22-24 2.1.1 衬底材料的选择 22-22 2.1.2 薄膜的厚度及工艺参数设计 22-26 2.2 铜锡等温凝固薄膜的制作 24-24 2.3 气密环的设计与制作 24-26 第三章等温凝固薄膜的键合工艺及微结构分析 26-47 3.1 键合质量的检测方法 26-27 3.1.1 剪切强度测试 26-27 3.1.2 X-射线方法 27-27 3.1.3 金相方法 27-27 3.1.4 扫描电子显微镜方法 27-31 3.2 等离子体清洗原理简介 27-29 3.3 薄膜的键合工艺 29-31 3.4 键合条件的优化 31-41 3.4.1 等离子体清洗参数的选择 31-38 3.4.2 键合气氛的影响 38-39 3.4.3 键合压力的影响 39-40 3.4.4 锡层厚度的影响 40-47 3.5 铜锡等温凝固键合微结构分析 41-46 3.6 小结 46-47 第四章铜锡等温凝固结构气密性检测 47-52 4.1 气密性检测标准 47-49 4.1.1 氦气细检 47-48 4.1.2 氟油粗检 48-49 4.2 气密性能检测 49-62 4.2.1 密封腔体结构参数 49-49 4.2.2 气密检测步骤 49-50 4.2.3 检测结果及讨论 50-62 第五章论文总结 52-53 附件 53-54 附录键合参数优化时样品的剪切强度值 54-056 参考文献 056-60 文章发表 60-61 作者简介 61-62 致谢 62-62。

键合技术键合技术定义：在室温下两个硅片受范德瓦耳斯力作用相互吸引，硅片表面基团发生化学作用而键合在一起的技术。

键合技术广泛应于MEMS 器件领域，是一项充满活力的高新技术，对我国新技术的发展有十分重要的意义。

在MEMS 制造中，键合技术成为微加工中重要的工艺之一，它是微系统封装技术中重要的组成部分，主要包括以下几方面：1、阳极键合技术优点及应用优点:具有键合温度较低，与其他工艺相容性较好，键合强度及稳定性高，键合设备简单等优点。

应用:阳极键合主要应用于硅/硅基片之间的键合、非硅材料与硅材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。

1、1 阳极键合机理阳极静电键合的机理：在强大的静电力作用下，将二个被键合的表面紧压在一起；在一定温度下，通过氧一硅化学价键合，将硅及淀积有玻璃的硅基片牢固地键合在一起。

1、2 阳极键合质量控制的主要因素（1）在硅片上淀积玻璃的种类硅-硅基片阳极键合是一种间接键合，间接键合界面需引入材料与硅基片热学性质匹配，否则会产生强大的内应力，严重影响键合质量。

因此对硅-硅基片阳极键合时淀积的玻璃种类要认真选择。

（2）高质量的硅基片准备工艺为了提高硅-硅阳极键合的质量，硅基片表面必须保持清洁，无有机残留物污染，无任何微小颗粒，表面平整度高。

为确保硅基片平整，光滑，表面绝对清洁，为此要采用合适的抛光工艺，然后施以适当的清洗工艺。

清洗结束后，应立刻进行配对键合，以免长期搁置产生表面污染。

（3）控制阳极键合工艺参数保证键合质量阳极键合的主要工艺参数：键合温度，施加的直流电压。

为了使玻璃层内的导电钠离子迁移，以建立必要的静电场。

普遍认为键合温度控制在200℃- 500℃较适宜。

推荐的施加电压一般在20V-1000V之间，其范围较宽，具体视玻璃材料性质及所选的键合温度来决定。

1、3 阳极键合技术的应用硅/硅阳极键合的许多实例是在微电子器件中制造SOI结构，此处介绍一种具体工艺流程，如图1-1所示。