玻璃/铝七层静电键合接头残余应力应变数值模拟

利用有限元分析软件MARC,对冷却后的七层玻璃/铝静电键合试件进行数值模拟分析,获得了七层静电键舍冷却试件内残余应力应变分布.模拟结果表明,玻璃/铝键合试件冷却后,由于试件各处的冷却收缩量不同,试件冷却后内部存在残余应力应变,试件发生翘曲.等效应力分布规律表明,过渡层内的等效应力最大,铝层两侧过渡层和玻璃层内的等效应力分布关于铝层呈对称分布;铝层内的等效应力值达到了屈服强度,表明铝层发生了塑性变形,所以,铝层内的等效应变最大.     

选择性阳极键合技术在光栅陀螺中的应用

阳极键合技术广泛应用在晶圆级MEMS器件制造和封装当中,对于有悬臂梁结构器件容易在键合时发生吸合. 采用选择性阳极键合技术防止陀螺在键合中吸合失效. 推导了陀螺梁与玻璃的静电吸合电压公式并建立吸合电压与硅结构-玻璃间隙关系模型. 采用深硅制作陀螺结构,在玻璃基底溅射Al/Cr制作光栅,最后进行阳极键合. 结果表明,键合界面没有缺陷,铬及其氧化物导电抗吸合性使得硅-玻璃阳极键合未发生静电吸合失效现象,对样品进行抗剪强度测试,得出平均键合强度为33.94 MPa,键合质量良好.     

无机填料对高分子固体电解质与金属铝键合性能的影响

阳极键合技术是一种在MEMS封装技术中常用的一种方法,目前仅可实现玻璃与金属、玻璃与半导体材料的键合;试验采用聚氧乙烯(PEO)为基质,复配少量纳米无机填料,制备出新型的固态复合聚合物电解质作为新的阳极键合材料,通过采用DSC和XRD等分析手段研究PEO与无机填料的相互作用及导电机制,进而探讨聚合物固体电解质作为新型的封装材料在阳极键合应用中的可行性. 结果表明,无机填料的加入有效的抑制了PEO 的结晶,使得键合界面过渡层明显,键合质量良好.     

基于铜铟微纳米层常温超声辅助瞬态固相键合技术

目的 采用针状形貌铜铟微纳米层和超声能量,在常温下实现键合互连,保证互连的可靠性,从而解决传统回流焊工艺因高温引发的高热应力、信号延迟加剧等问题。方法 将镀有铜铟微纳米层的基板表面作为键合偶,对键合接触区域施加超声能量和一定压力,实现2块铜铟基板的瞬态固相键合。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射(XRD)、焊接强度测试仪等分析键合界面处的显微组织、金属间化合物及剪切强度,并对键合界面进行热处理。结果 在超声作用和较小的压力下,铜铟微锥阵列结构相互插入,形成了稳定的物理阻挡结构。键合界面处的薄铟层在超声能量作用下,其原子快速扩散转变为金属间化合物Cu2In。Cu2In是一种优质相,具有良好的塑性,有利于提高互连强度。当键合界面铟层的厚度为250 nm,键合压力为7 MPa,键合时间为1 s时,获得了相对最佳的键合质量,同时键合界面孔洞消失。热处理实验结果表明,这种固相键合技术无需额外进行热处理,就能获得良好的键合强度。结论 铜铟微纳米针锥的特殊形貌及超声波能量的引入,使键合在室温条件下即可瞬间完成,键合质量良好,可以获得较小的键合尺寸。     

多层静电键合专用设备的研制

静电键合是MEMS器件加工的重要技术之一,在MEMS生产制造过程中,由于其本身的结构特点以及组成材料的要求,常常需要进行多层材料(功能元件)间的连接,目前通常采用2个电极通过一次电极反接的方式实现多层样片之间的静电键合,但是第2次键合过程中在第1次键合面形成的反向电压会减弱键合的强度,本文针对这种情况研刺了1套双阴极共...     

温度冲击下粗铝丝键合强度退化行为研究

对大功率器件中两种直径(250μm/380μm)铝丝键合强度在温度冲击试验下的退化行为进行了研究,分析了试验后铝丝键合强度的退化情况。设置了不同的工艺参数水平,通过温度冲击试验加速键合点失效,对不同参数水平进行评估。对不同温度冲击试验条件下的退化行为进行比较。采用扫描电子显微镜对试验后脱键点的断口形貌及组织成分进行分析,分析了不同镀金层厚度对键合点强度及可靠性的影响。结果表明,两种直径铝丝均出现键合强度退化现象,厚金焊盘键合强度下降不明显,薄金焊盘在试验后出现大量键合点脱键现象,表现出较差的抗温度冲击能力。     

金包银复合键合丝的组织演变及变形行为

采用金相显微镜、双束离子显微镜、高低温拉力仪及纳米压痕仪对不同真应变条件的金包银复合键合丝的组织和力学性能进行表征,研究了金包银复合键合丝的组织结构演变、力学性能及变形行为特点。结果表明：金包银复合键合丝的银合金芯材沿着拉伸方向从胞状树枝晶演变为纤维组织,靠近界面的过渡层始终保持细小的等轴晶或球状晶粒,金包覆层在变形过程中均匀连续。各组分在变形过程中尺寸变化不一致,拟合后的尺寸变化常数与试样直径的变化不成正比。显微硬度、抗拉强度、延伸率均随着变形量的增加而增大。在单轴拉伸过程中,金包银复合键合丝组分之间相互制约,使单向拉应变变为复杂的二维应力状态,交替变化的应力状态可抑制裂纹的形核,提高材料的塑性和韧性。     

键合时间对粗铝丝超声引线键合强度的影响

试验研究了不同超声功率条件下,键合时间对粗铝丝引线键合强度的影响规律.试验中记录了每种键合试验的键合时间,采集了每一个键合点的剪切测试力作为键合点抗剪强度的表征,记录了每个键合点的状态.结果表明:(1)在小超声功率条件下,键合强度对键合时间敏感;在大超声功率条件下,敏感性下降;(2)短键合时间条件下主要键合失败形式为剥离和无粘接,表明键合界面的原子扩散不够;(3)大超声功率长键合时间条件下的键合失败形式多为根切,表明键合界面的原子扩散虽然足够,但长时间的超声振动也会使粗铝丝产生疲劳断裂,形成过键合.     

基于石墨烯阻挡层Cu-In微纳米层超声波键合技术

目的 采用松木状形貌铜铟微纳米层和超声能量，低温下实现键合互连，保证互连的可靠性，从而解决传统回流焊工艺高温引发高热应力、信号延迟加剧的问题。方法 将镀有松木状二级铜铟微纳米层的基板表面作为键合偶一端，另一端为无铅焊料。在键合偶之间加入单层共形石墨烯作为阻挡层，在低温下（温度120℃），对键合接触区域施加超声能量和一定压力便可实现铜铟基板与无铅焊料的瞬态固相键合。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射（XRD）、焊接强度测试仪等分析键合界面处的显微组织、金属间化合物，以及剪切强度，对键合界面进行老化处理。结果 铜微米层具有圆锥状凸起的表面结构，其上镀覆纳米铟层，形成的结构具有巨大的表面积。在超声作用、较小的压力，以及低温条件下，铜铟松木状阵列结构插入较软的锡基焊料中，形成稳定的物理阻挡结构，实现与周围填充挤入的无铅焊料，以进行焊接互连。键合压力过小或者超声时间过长，都会在键合界面处产生线性孔洞或者裂纹，这些孔洞或者裂纹无法通过热处理消失。结论 石墨烯阻挡层避免锡焊料与粗糙表面铜基板之间直接接触，防止脆性金属间化合物的过度生长。铜铟松木状阵列结构的特殊形貌及超声波能量引入，键合在瞬...     

硅-玻璃-硅阳极键合机理及力学性能

采用两步法阳极键合技术成功实现了硅-玻璃-硅的连接. 两次键合过程中，电流特征有明显差异，第一次键合电流先迅速增大到峰值电流，然后迅速衰减至一较小值. 受先形成Na+离子耗尽层的影响，第二次键合电流从峰值电流衰减的过程中，出现二次增大然后衰减的现象. 利用扫描电镜对键合界面进行观察，结果表明玻璃两侧界面均键合良好，玻璃表面可观察到大量析出物. 利用万能材料试验机对键合强度进行测试，结果表明，界面强度随着键合电压的升高而增大. 断裂主要发生在玻璃基体内部靠近第二次键合界面一侧.     

一种基于点压技术的新型晶圆键合方法

金金热压键合法在半导体制造领域中应用广泛，为了进一步改进该键合方法，首次提出了一种基于点压技术的新型晶圆键合方法，并研究了工艺温度、压强以及时间对点压键合法单点键合面积的影响. 通过超声扫描显微镜图像，着重比较了传统金金热压键合法与点压键合法的键合面积比. 对点压键合法的可选择键合性进行了讨论. 结果表明，点压键合法工艺步骤简单，工艺稳定性较好，且具有一定的可选择键合特性，在半导体制造领域中将具有广泛的应用前景.     

单晶铜键合丝的球键合性能研究

通过对自制单晶铜键合丝进行球键合工艺试验,并对键合后焊点分别进行键合拉力(BPT)和剪切力(BST)测试,以及对键合点的组织、界面进行观察和显微硬度测试.结果表明, 单晶铜键合丝进行球键合后,焊点所能承受的拉断力和剪切力均为近似正态分布,具有较高的可信度,50 μm的单晶铜键合丝的CPK值达到1.8以上,属于优质的过程能力指数.焊点经过可靠性试验后,界面依然清晰、较为平直,没有发现界面处形成微量弥散分布的金属间化合物和Kirkendall空洞,表现出稳定的电学和界面组织性能.     

倒装芯片键合机键合误差分析

键合精度是倒装芯片键合机的核心指标,准确的误差分析是倒装芯片键合机精度设计的前提。为了实现系统合理的精度设计,使倒装芯片键合机的精度要求和制造成本达到最佳匹配,对影响倒装芯片键合机键合精度的各种误差源进行了系统地分析,得到了几何误差是影响键合精度的主要因素。最后重点对键合机的各运动机构进行分析,找出了影响键合精度的各相关零部件的几何误差,并对几何误差的传递进行了分析,为后续的精度设计奠定了基础。     

电子封装Cu键合丝的研究及应用

论述了传统Au、Al-1%Si键合丝在电子封装中的局限性,分析了Cu键合丝优良的材料性能,Cu键合丝替代Au丝和Al-1%Si丝可缩小焊接间距,提高芯片频率和可靠性。并在此基础上阐述了单晶铜作为键合丝的优势,通过键合性能的对比显示了单晶铜键合丝在电子封装中的良好特性。     

Si-glass-Al阳极键合电流特性及其力学性能

采用两步法实现了Si-glass-Al的可靠连接,提出了键合三层晶片的电流-时间模型.键合电流结果表明,两次阳极键合的电流变化规律一致,即先迅速增加至最大值,然后呈指数式下降;发现第二次键合的电流峰值总是大于第一次,结合提出的电流-时间模型,表明键合材料之间因不完全接触而产生的电阻会对电流峰值产生显著影响.利用扫描电镜（SEM）观察Si-glass-Al界面形貌,界面结合良好,在450℃/800 V的条件下,glass-Al及glass-Si界面处Na+耗尽层厚度分别达到了546,820 nm.试样的拉伸强度随着电压的增大而升高,无论是先键合Si还是先键合Al箔,断裂总是发生在第二次键合界面附近或玻璃基体上.     

环烯烃共聚物微流控芯片微通道热压键合研究

将以环烯烃共聚物(COC)作为材料的具有微米级微通道结构的微流控芯片作为研究对象,研究键合过程中的关键工艺参数温度、压力以及时间对微通道的影响。通过多物理场仿真分析工艺参数对形变规律的影响;开展热压键合实验和微滴生成实验,进行芯片尺寸和工作性能的校核。研究结果表明:在环烯烃共聚物玻璃化温度附近,键合温度对微流控芯片微通道形变影响最大,键合压力次之,而键合时间在一定范围内存在最优解。采用正确的热压耦合仿真分析方案能对实际微流控芯片键合过程中微通道的形变规律起到较好的预测作用。     

金丝的力学特征对球键合的微观组织和性能的影响

用电子背散射衍射仪对具有不同力学特征金丝的微区组织进行表征,采用扫描电镜和光学显微镜观察线弧轮廓、热影响区和焊点形貌,并通过推拉力测试仪测量线弧拉力和焊球剪切力,分析金丝力学特征对球键合质量的影响。结果表明：半硬态1和半硬态2的金丝芯部保持纤维状组织,边缘晶粒为细小的等轴晶,沿径向微区组织形貌有明显差异。打火烧球后形成的热影响区长度短,球颈部的组织有明显的梯度性,键合后弧高较小。软态金丝的组织为粗大的等轴晶,沿径向分布均匀,键合拉力低,易发生滑球现象。半硬态2金丝与焊盘的结合力强,引线键合拉力高,综合键合质量优,是最适合球键合工艺的金丝。     

Al-glass-Al阳极键合界面及力学性能的分析

利用两步法阳极键合技术成功实现了Al-glass-Al的连接,利用扫描电镜（SEM）观察Al-glass界面形貌,利用辉光放电发射光谱仪（GD-OES）分析界面元素（K,Na,O,Al）分布规律,利用原子力显微镜（AFM）分析键合前后玻璃的表面形貌,采用万能材料试验机测试了不同工艺参数下试样的力学性能.结果表明,第二次键合界面电流值明显高于第一次键合界面电流值;Al-glass-Al界面结合良好,玻璃两侧界面无明显差异;Al3+有向Na+耗尽层中扩散的趋势,先形成的耗尽层中Na+浓度明显高于后形成的耗尽层;键合过程中,Na+在玻璃表面析出,玻璃表面Ra升高,玻璃表面质量下降是造成玻璃试样沿第二次键合面Al （2）-glass界面断裂的主要原因.     

铂金丝超声键合正交试验及焊点质量评价

采用正交试验法对直径为20μm的铂金丝进行超声波键合试验,并通过三轴测量显微镜观察键合区域形貌和测量键合点根部高度.结果表明,在研究的4个参数中,键合时间、搜索高度和超声功率的影响都较大,而键合力的影响较小.通过正交试验法可以快速获得较优的键合参数,最佳工艺条件为:键合力0.013 N,键合功率0.325W(W为键合区宽度),键合时间30 ms,搜索高度0.2 mm.键合点质量可以通过测量键合点根部高度进行评价,当根部高度在4~10μm之间时,引线拉力均在0.03 N以上.而且,当键合区接近椭圆形,且当W≈2D(D为引线丝直径)时,引线拉力较高,当键合区形貌为矩形或有裂纹出现时,拉力则较小.     

全金属间化合物微焊点的制备及性能表征研究进展

基于微凸点和硅通孔的3D封装是一种通过多层芯片垂直互连堆叠，将芯片技术与封装技术进行结合的新技术，满足了电子产品微型化、高性能的发展需求，是实现下一代超大规模集成微系统的核心互连技术。3D封装技术对互连焊点有一个特殊的要求，即在向上堆叠芯片时，低级封装的焊点不应被重新熔化。低温下制备全金属间化合物(Intermetallic compound, IMC)微焊点为实现叠层芯片互连提供了新的解决方案。本文对近年来全IMC微焊点的制备工艺和基本原理进行综合分析；揭示Cu-Sn系统界面反应的扩散机制及IMC生长动力学规律；对比不同键合参数下全IMC微焊点的服役可靠性。最后，指出各种全IMC微焊点制备工艺的优缺点，并对其未来研究发展趋势进行展望。