原创
晶片键合基础介绍
2007-9-25 14:34
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分类:
模拟
选择键合技术的程序通常依赖于一系列要求,如温度限制、密闭性要求和需要的键合后对准精度。键合的选择包括标准工业工艺,如阳极键合、玻璃浆料键合和黏着键合,以及新发展的低温共晶键合,金属扩散(共熔晶)键合和特定应用中的硅熔融键合。探索每一种方法的优势和劣势可以帮助我们对于某种应用采用何种键合技术做出更合理地决策。表1概括了晶片级键合的可供选项。
玻璃浆料键合广泛应用于加速度计的制造和微机电系统的生产。玻璃浆料是一种浆状物质,由铅硅酸玻璃颗粒、钡硅酸盐填充物、浆料和溶剂组成。常见的应用方法是通过丝网印刷技术。通常情况下,图形化后的浆料在每个芯片周围,覆盖30-200微米宽的环形区域,厚度为10-30微米。多余的溶剂在图形化后通过烘烤浆料去除。在晶片对准后进行热压键合。在实际的玻璃浆料键合过程中,玻璃融化并与其中的填充物熔合,从而形成了具有极好密闭性的无空洞封接。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
玻璃浆料键合的优势是人们熟悉的它的工艺流程和键合界面特性。融化的浆料和浆状的初始状态使工艺可以允许颗粒或者其他微小的表面缺陷。通过键合机上所加力的不同可以控制浆料线的压缩,通常是40%。浆料键合两个最大的缺点是洁净度
较低、密封圈占用面积较大。也许,浆料键合最主要的缺点还在于不能实现高精度的对准,因为在键合过程中,玻璃浆料软化并开始黏性流动从而引起晶片发生滑动。
阳极键合与玻璃浆料键合两种方法,占生产中微机电系统键合应用的80%。阳极键合的机理决定了它只能应用于玻璃和硅片键合。其机理是在穿过玻璃和硅片的界面的电场辅助作用下,离子向界面发生扩散。这种技术可以用于表面为多晶硅层或玻璃层的基底。有一些键合设备也支持三层的叠层键合。
阳极键合的优势包括有成熟的工艺和可接受的密封寿命,玻璃可以和很多种基底实现热匹配可用于对器件实现真空封装或者压力封装,并可以接受5nm或更差的微粗糙度。它的劣势是工艺过程中采用了电压而不能兼容CMOS电路,同时具有可移动的Na+离子的应用,当钠聚集在阳极上及其外表面时会污染对离子敏感的其他电路。
金属键合属于基于扩散的和共晶的方法。扩散键合在390-450℃的温度下完成,需要相对较大的压力来实现表面的紧密接触。在金属键合中,必须控制表面的粗糙度以及晶片的翘曲度。金属合金在键合过程中会熔解并实现界面的平坦化。液态的界面使共晶键合需要施加相对较小却要一致的压力。在不同的冶金学系统中,如铜-锡,金-锡或金-硅,共晶合金形成于280-390℃之间。
金属键合正迅速被许多微机电系统生产厂家采用,因为这种方法能实现只需要1-3微米宽的区域的密闭封装,这相当于增加了芯片的密度而减少了生产成本。金属键合的层间套刻对准精度因应用不同而异,微机电系统应用常用的共晶键合方法,在细密封圈情况下可以实现3微米的 最准精度。
黏着键合可以使用很多聚合物材料,包括BCB、SU8、WL5300以及大部分常见的光刻胶材料。作为一种特殊应用,临时键合采用聚合物实现中等结合强度的键合,将晶片键合到支撑基底上,如玻璃或蓝宝石,以实现对器件晶片背面进行工艺加工。背面加工结束后,通过紫外光,热分解或溶剂可以解除界面的结合。
黏着键合中聚合物或者是在室温下通过旋涂涂胶或喷涂胶的方法覆在表面,或者直接是一层干的薄膜。黏着键合对于颗粒、表面厚度偏差和表面粗糙度有好的容忍度,这种键合不是密封的,从而没有高温收缩性。
用户1481370 2007-10-12 09:11