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MEMS晶圆级真空封装结构设计与工艺集成

作　者: 唐敢然
导　师: 安兵
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: 微机电系统晶圆级封装真空封装焊料键合气密封装吸气剂
分类号: TN305
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 1次
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内容摘要

MEMS器件气密封装是MEMS制造技术中极为关键的一环,晶圆级封装是实现MEMS器件小型化、低成本化的发展方向,有望取代传统的金属管壳封装和陶瓷管壳封装,成为MEMS器件新一代规模化生产方式。本文针对一种特定的MEMS器件真空封装要求,设计并实现了一种在晶圆上电镀环形焊料层,然后将晶圆对晶圆进行焊料键合,实现阵列式真空密封腔体的封装方案,研究了MEMS器件晶圆级真空封装的结构设计与工艺集成的整个过程。在晶圆级真空封装中,由于空腔体积的大大减小,使其对空腔漏率要求比传统的金属管壳封装或者陶瓷管壳封装更高。合理的密封装结构设计、可靠的键合工艺和高效的吸气剂技术是完成晶圆级真空封装的前提条件。本文首先对晶圆上的键合环设计、金属化层设计、金属化工艺、电镀工艺做了详细的研究后完成了密封结构的设计;然后采用超声扫描检测方法,对各种工艺条件下的键合样品进行了检测与分析,得到了最佳的回流时间、电镀焊料厚度、键合压力等工艺参数;吸气剂技术为密封腔体内部提供吸气材料,吸收空腔内部气体维持空腔内部的真空度,本文研究了吸气剂性能表征方法,并对Ti膜吸气剂的吸气性能进行了测试,所蒸镀的Ti膜吸具有一定的吸气性能。最后分别采用C2W(Chip-to-Wafer)和W2W(Wafer-to-Wafer)两种晶圆级封装方法,将焊料键合和Ti膜吸气剂等技术进行工艺集成,对晶圆级真空封装腔体进行了测试,所有样品的剪切强度、气密性等均达到MIL-STD-883标准。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-19
  1.1 MEMS 技术及市场前景  8-9
  1.2 MEMS 封装技术  9-17
  1.3 研究内容与意义  17-19
2 MEMS 晶圆级真空封装中密封结构的设计  19-34
  2.1 焊料键合方案的设计与实现  19-24
  2.2 键合环宽度的设计  24-27
  2.3 金属化层设计与实现  27-32
  2.4 本章小结  32-34
3 焊料键合实现MEMS 晶圆级真空封装的工艺研究  34-44
  3.1 键合质量检测方法  34-37
  3.2 焊料键合工艺设计与优化  37-43
  3.3 本章小结  43-44
4 MEMS 晶圆级封装用Ti 膜吸气剂初步研究  44-58
  4.1 真空空腔对漏率要求的估算  44-48
  4.2 吸气剂的原理及性能指标  48-51
  4.3 Ti 膜吸气剂的初步研究  51-57
  4.4 本章小结  57-58
5 MEMS 晶圆级真空封装工艺集成  58-73
  5.1 MEMS 器件晶圆级封装方式  58-60
  5.2 MEMS 器件C2W 晶圆级封装工艺集成  60-63
  5.3 MEMS 器件W2W 晶圆级封装工艺集成  63-66
  5.4 晶圆级封装样品检测  66-71
  5.5 本章小结  71-73
6 结论与创新点  73-76
  6.1 全文总结  73-74
  6.2 创新点  74
  6.3 工作展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-80
附录1 攻读硕士期间发表的论文  80

MEMS晶圆级真空封装结构设计与工艺集成

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