静电键合力引起硅微结构畸变的研究

硅微机械力敏器件在封装时往往采用硅—玻璃静电键合的方法。但在静电键合时静电力也往往作用于不需要键合的结构部分。并可能引起这些结构的畸变，造成器件特性劣化或破坏。本文分析了静电力的这些影响，并结合实践提出了一些解决方法     

基于超声振动的阳极键合试验台设计

基于超声振动理论,针对当前阳极键合面临的键合温度较高、易产生残余应力对器件结构造成破坏等问题,在分析超声在机械加工中的应用后,创造性地将超声振动应用到MEMS封装中的阳极键合工艺中来,设计了一种键合强度高、试验温度低、结构简单、工作可靠的超声振动阳极键合试验台,为研制超声振动阳极键合机奠定了坚实基础,对于缩短阳极键合时间、降低阳极键合所需温度、提高MEMS器件的键合性能、满足实际生产需要具有重要意义。     

PMMA面键合的热压法工艺研究

研究了PMMA热压键合工艺,测量了PMMA的键合强度,利用扫描电镜检测了键合后微流体管道的结构变化,讨论了键合温度、键合压力等因素对键合强度的影响;给出了热压键合的合理工艺参数范围.结果表明,经过参数优化后的热压键合法可以满足PMMA微流体器件对键合的需求.     

紫外光活化低温键合研究进展

随着电子及生物医疗元器件朝着微型化、便携式及多功能性的发展,连接(电子领域内常被称为“键合”)已成为材料或结构一体化集成不可或缺的关键环节。表面活化键合避免了传统焊接工艺中的高温,能够在较低温度条件下使热膨胀差异较大的材料或结构实现可靠连接,在微电子、微机电系统、光电子及微流控芯片等制造领域极具应用潜力,其中紫外光作为一种简易高效的表面活化手段近年来备受关注。本文对紫外光活化低温键合相关的研究进展进行综述,主要介绍了紫外光的基本性质,对有机及无机材料基板表面的作用效果,总结了面向微电子、微机电系统和光电子器件制造的紫外光表面活化晶圆键合成果,以及其在微流控器件封接、医用可植入器件制备中的应用实例,最后对该键合方法的未来发展和挑战进行了展望。     

表面处理对碳化硅直接键合的影响研究

SiC的直接键合对于许多应用于高温环境的MEMS微器件有着非常重要的应用价值,但是晶片的表面处理是影响SiC直接键合的关键因素。设计中采用改进后的湿法清洗方法和等离子体处理对晶片表面进行处理;从而得到满足直接键合的洁净度和粗糙度。最后利用热压法实现了SiC的直接键合,并且估计其键合能为14.47 MPa。     

高温高湿环境对键合Cu线可靠性影响的研究

通过高温存储试验和高压蒸煮试验对铜线键合器件在高温高湿环境下的可靠性进行研究,分析试验前后键合球剪切力和键合球拉力的变化,利用扫描电镜、透射电镜观察试验前后键合界面形貌及金属间化合物类型,采用能谱仪对试验前后键合界面的成分进行分析。研究结果表明,键合初期,Cu/Al键合界面没有生成Cu、Al金属间化合物,键合界面具有一定的连接强度;高温存储试验后,Cu/Al键合界面生成CuAl、Cu_9Al_4金属间化合物,连接强度增加;高压蒸煮试验后,Cu/Al键合界面的Cu_9Al_4金属间化合物消失,键合界面由于卤素原子的加入使周围环境呈现弱酸性,Cu9Al4金属间化合物在该环境下被腐蚀,其反应式为Cu_9Al_4+12Br-~=4AlBr_3+9Cu +12e~-,键合界面出现孔洞,键合界面强度减小,降低了器件的可靠性。     

MEMS器件的W2W真空封装研究

开发了一种适于MEMS器件的基于W2W(圆片对圆片)工艺的简易的圆片级真空封装方法。通过电镀工艺在MEMS器件圆片和封盖圆片上各沉积含5μm Cu和1.5μm Sn金属层的键合环。器件圆片和封盖圆片在160℃及0.01Pa的真空环境中保持10 min以形成真空,之后在270℃及4 MPa保持30 min通过Cu和Sn的互溶扩散工艺完成键合。测量键合区内Cu元素和Sn元素的重量比,证实形成了Cu3Sn和Cu6Sn5金属间化合物。通过剪切力测试对单个芯片的键合面强度进行标定,计算剪切强度达32.20 MPa。     

透明材料微小器件键合质量检测系统设计

针对材料和结构均特殊的透明材料微小器件的键合质量检测,提出了可见光透射机器视觉检测法。分析了检测系统硬件中主要部件的性能要求,研究了该检测系统的图像处理技术。检测系统利用光源、相机、镜头和计算机等主要部件实现图像采集功能,并通过图像相减、灰度直方图调整、图像滤波和图像二值化等图像处理功能来完成质量检测。实验结果表明,提出的可见光透射机器视觉检测法能灵敏有效地检测出透明材料微小器件键合位置处存在的键合间隙和缺陷大小,检测精度可达10 μm,满足透明材料微小器件键合质量的要求,是一种高效、非接触、无损、无污染的检测方法。     

压力约束模式下热超声倒装键合的试验

在采用压力约束模式夹持倒装芯片的条件下，实现了热超声倒装键合。通过观测键合过程中的输入超声功率、工具末端和芯片的振幅变化情况，研究了压力约束模式下不同键合参数对键合过程和键合强度的影响规律。试验结果表明：在这种约束模式下，键合力和功率对键合强度具有重要的影响；键合力对金凸点的变形是决定性的；键合强度与输入的超声能量总量有关，过小和过大的超声能量都不能形成好的键合强度，高强度的键合并不需要大的超声功率输入，键合过程中能量主要耗散于工具／芯片间相对运动导致的摩擦做功，并造成了芯片和工具的磨损。     

一种适用于薄膜结构的静电键合方法

针对带弹性敏感薄膜结构的微机械器件的硅/玻璃静电键合,介绍了一种有效的方法--局部电场屏蔽法,在键合过程中屏蔽弹性敏感薄膜所在位置的电场,使薄膜结构不受静电力的影响,从根本上解决了薄膜受静电吸引力而产生形变,与玻璃贴合甚至破裂的问题,大大提高了成品率.     

梯度功能合金的增材制造技术研究进展

梯度功能材料是由两种或多种材料复合且成分呈连续梯度变化的一种新型复合材料,在当今飞速发展的工程领域受到了广泛的关注。但传统的梯度功能材料制备技术无法满足航空、医疗、军事等工业领域的需要。而增材制造作为一种新兴技术,提供了一种全新的思路来解决梯度功能材料的制备问题。系统总结了增材制造制备梯度功能合金的主要方法,讨论了利用激光熔覆与选区激光熔化技术制备钛基、铁基及金属-陶瓷等梯度合金的研究现状及在相应领域的重要应用,并结合现有工作论述利用选区激光熔化制备连续梯度功能合金的原理与研究进展,最后阐述了利用增材制造技术制备梯度功能合金的挑战和机遇,并展望了本领域的未来发展方向。     

基于二总线技术的非独立式电气火灾监控探测器

为了解决目前市面上大部分独立式电气火灾监控探测器普遍具有的成本高、结构复杂、故障率偏高等问题,将火灾自动报警领域的成熟技术—二总线技术应用到了探测器的设计中,进行了相关产品和技术的分析研究,并结合目前在电气火灾监控系统领域中已经存在的基于二总线技术的探测器产品,提出了一种基于二总线技术的非独立式剩余电流式电气火灾监控探测器的设计方法;制定了适用于电气火灾监控系统的二总线通信协议,给出了相关的软件及硬件的设计方案。研究及实践应用结果表明,该设计切实可行、工作稳定,可以应用到电气火灾监控系统中。     

采用粘结法的磁性磨粒制备工艺及实验研究

现有的粘结法制备工艺存在混合不均等问题,且磁介质相和磨粒相在破碎过程中会发生分离,易造成浪费,为此,提出了一种新的粘结法磁性磨粒制备工艺。在相同条件下,运用两种不同工艺分别制备了两种磁性磨粒,并进行了实验研究。采用扫描电镜、三维超景深显微镜观测试件表面,并用电子天平测试试件光整加工前后的质量变化。实验结果表明,采用新粘结法工艺制备的磁性磨粒对试件进行光整加工10 min后,表面粗糙度值Ra从0.800 μm减小到0.076 μm,材料去除率的最大值为0.67 μm/min。与现有粘结法工艺制备的磁性磨粒相比,新粘结法制备的磁性磨粒的微观结构良好、各成分分布均匀,加工性能更加优异。     

Experience in the Development and Production of Thermal-Neutron Detectors at the IBR-2 DSC (Review)

Instruments and Experimental Techniques - One of the most important activities of the IBR-2 DSC is the development of detector technologies, which will be used as a basis in designing detectors for...     

激光焊接声、光信号监测仪的研究

介绍了激光焊接过程实时监测技术的理论根据，阐述了激光焊声、光信号监测仪的设计原理、方法及应用电路。试验表明：该仪器精度高、响应速度快、工作可靠，能满足实时监测的要求。     

Effect of Radiant Energy on the Formation of Optical Image in X-Ray Inspections

Digital radiography is currently a genuine alternative to the laborious and uneconomical method of X-ray diffraction in nondestructive testing. The processes of forming optical images on a radiographic film and on a flat-panel detector are different. The input action on a detector, whether a radiographic film or a digital transducer, is the so-called radiation image, the X-ray radiation generated by an X-ray tube and transmitted through a test object. The object attenuates radiation depending on its own thickness and material density. The main parameters of the radiation image are its contrast, definition, and signal-to-noise ratio (SNR). In order to achieve the most efficient conversion of the X-ray image into an optical one, one needs to choose the optimum combination of the listed parameters depending on which detector is being used. In this study, theoretical research and practical evaluation of its results have been carried out. Conditions have been determined for the best adaptation of a radiation image to the employed detector that ensure the prescribed quality indicators of the optical image of the test object. Results of the research that was carried out within the framework of scientific field 2.3 “Developing methods for automated nondestructive testing and the reliability of its results” (“Strategic directions of development of materials and technologies of their processing for a period of up to 2030”) are provided.     

双面二维硅微条探测器的沾污失效分析及修复

硅微条探测器通过微电子工艺制作,易因沾污导致性能下降甚至失效;裸露的键合引线,也易因机械力形成隐性或显性失效。对上述现象的研究可用于修复、维护探测器并在设计和工艺流程中改进其性能。本文通过光学、电气手段分析其结构和制作工艺流程,根据沾污性质在不同条件下清洗探测器,中测后根据芯片图形、封装方式和电气要求修复探测器,最后采用同位素α能谱测试修复效果。对一块沾污后失效(无法加载偏压)的硅微条清洗后在大气环境,N面接地,P面加载负偏压条件下进行了测试,结果显示:170 V全耗尽,平均漏电流2.94μA,5.486 MeV的α峰能量分辨率约1.28%。失效键合所在条的另一面各条能谱观测到假峰,键合修复后消除。因沾污失效的硅微条探测器经过合适的清洗、修复,部分可以恢复性能,但清洗对表面和结构有损伤,须谨慎。另外,键合失效后,因信号不能引出导致的电荷积累会通过电容效应影响其它灵敏区。文章提示,探测器应存放于洁净,恒温,低湿度,避光,避强电磁干扰的环境,以提高能量和位置分辨率,并增加工作稳定性,延长使用寿命。     

新型室温中远波段红外探测器的关键工艺研究

介绍了一种基于MEMS技术的新型室温中远红外波段硅基电容式红外探测器原理和制作工艺过程，并详细介绍了针对单面光刻机而采用的对准孔双面对准和键合对准技术、浓硼扩散FLPW腐蚀停止技术制备超薄敏感硅膜以及薄膜的疏水处理等关键工艺。还对各环节所遇到的问题和其相应的解决方法进行了详细地阐述。     

Testing the prototype detectors for the muon tracking system of the CBM experiment at the CERN PS accelerator

Performance of the gas-filled detector prototypes based on the GEM, TGEM, and Micromegas technologies was studied on the test beam of the CERN PS accelerator. Three-component mixtures based on Ar and He were used as the working gas. For all tested detector prototypes, the gas amplification factors were measured, and the detection efficiencies, cluster distributions, and the radii of the charge cloud collected on the readout electrode were estimated.     

碳/碳复合材料表面制备羟基磷灰石涂层的研究进展

综述了在碳/碳复合材料表面制备具有生物活性羟基磷灰石涂层方法的研究进展,对不同工艺涂层与基体的结合强度进行了评价;认为通过对基体表面改性和形貌调控,可提高涂层与基体的结合强度;介绍了借助感应热沉积法制备的涂层,其破坏临界载荷可达13.1 N,制备了剪切结合强度高达61.3 MPa的羟基磷灰石涂层,达到了临床使用标准要求。