軟焊料鍵合實現(xiàn)MEMS晶圓級真空封裝.pdf

1、晶圓級封裝帶給MEMS小型化、低成本的優(yōu)勢，有利于實現(xiàn)MEMS器件的批量生產(chǎn)，是MEMS封裝領(lǐng)域的一個發(fā)展方向。由于很多MEMS器件工作特性的要求，真空封裝技術(shù)的研發(fā)具有十分重要的意義。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種通過低熔點軟焊料鍵合實現(xiàn)晶圓級真空封裝的方案，希望可以滿足MEMS器件的氣密封裝要求。
　　 首先在硅片上完成了金屬層的制備，包括生長金屬過渡層和焊料層，其中金屬過渡層選用的是一種多層復(fù)合材料Ti/Ni/Au，厚度分別為100

2、nm、500nm和50nm。在對金屬過渡層引起的硅襯底變形測試中發(fā)現(xiàn)，它可導(dǎo)致6寸硅片發(fā)生將近50μm的翹曲。蒸發(fā)和濺射不能滿足焊料厚度生長的要求，本研究采用電鍍的方式來實現(xiàn)焊料層的制備。在對電鍍工藝的研究過程中，解決了電鍍層粘附性、氣泡和邊緣效應(yīng)等問題。
　　 在晶片鍵合機中實現(xiàn)了晶圓對晶圓真空封裝工藝，并做了優(yōu)化。封裝工藝的難點在于工藝曲線的設(shè)置，保溫時間的長短會影響最終的鍵合。通過實驗發(fā)現(xiàn)，280℃、25min可以完成較好

3、的鍵合，樣品的氣密性和鍵合強度可以達到美軍標(biāo)MIL-STD-883的要求。
　　 根據(jù)真空檢測的需要，本文還設(shè)計了一款測試范圍在0.1-10Torr的皮拉尼真空計。
　　 選擇電阻溫度系數(shù)較大、綜合性能較好的Pt做真空計的熱敏電阻材料，并通過計算優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定了線寬為7μm，懸空3μm的最佳尺寸。采用晶圓級封裝工藝，實現(xiàn)了皮拉尼真空計的真空封裝，達到了10mTorr的測試精度。
　　 對晶圓級真空封裝樣品進