MEMS晶圓級(jí)封裝工藝研究.pdf

1、MEMS(MicroElectroMechanicalSystems),即微機(jī)電系統(tǒng),是集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。基于MEMS技術(shù)制作的產(chǎn)品,如微執(zhí)行器、微傳感器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)等器件已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室研究逐步走向市場(chǎng),在航空、航天、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用日益普遍,并且具有十分強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。MEMS技術(shù)正發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè),然而,實(shí)

2、現(xiàn)MEMS的商品化、市場(chǎng)化,需要對(duì)MEMS封裝進(jìn)行更深入、系統(tǒng)的研究。MEMS產(chǎn)品的封裝形式是將其成功推向市場(chǎng)的關(guān)鍵因素,也是MEMS設(shè)計(jì)與制造中的一個(gè)關(guān)鍵因素,最佳的封裝能使MEMS產(chǎn)品發(fā)揮其應(yīng)有的功能。本文以MEMS射頻器件的封裝工藝開(kāi)發(fā)作為研究主題,研究的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)對(duì)MEMS圓片級(jí)封裝理論與圓片級(jí)封裝工藝進(jìn)行了深入分析和研究,將TSV(ThroughSiliconVia)技術(shù)應(yīng)用于圓片級(jí)封裝中;從材料

3、選擇和工藝條件等方面,對(duì)陽(yáng)極鍵合、直接鍵合、共晶鍵合等常用MEMS鍵合方法進(jìn)行了分析比較。結(jié)合實(shí)際工藝要求,擬定了金金熱壓鍵合作為本文的鍵合方案。
　　(2)完成了MEMS蓋帽封裝的結(jié)構(gòu)和工藝流程的設(shè)計(jì),并完成光刻、刻蝕、去膠、鍵合、磨片、電鍍等工藝。
　　(3)針對(duì)TSV技術(shù)的特點(diǎn),對(duì)TSV互連關(guān)鍵工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)單步工藝實(shí)驗(yàn)優(yōu)化,對(duì)深孔刻蝕和深孔電鍍的工藝方法和工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,完成了TSV的制作。使用掃描電子顯微鏡,

4、臺(tái)階儀等測(cè)試設(shè)備對(duì)工藝結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估和分析。
　　(4)對(duì)等離子刻蝕和電極腐蝕工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù),改善等離子刻蝕的各向異性,得到平滑陡直的側(cè)壁形貌;針對(duì)電極與下層金屬粘附性以及電極形貌做了大量驗(yàn)證、優(yōu)化實(shí)驗(yàn),并得到簡(jiǎn)化且穩(wěn)定的工藝方法。
　　(5)封裝測(cè)試與評(píng)價(jià)。通過(guò)拉力實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了鍵合強(qiáng)度,通過(guò)高溫高濕可靠性實(shí)驗(yàn)對(duì)封裝的密封性和電極牢固性進(jìn)行了驗(yàn)證,并使用探針臺(tái)等設(shè)備對(duì)封裝后的射頻器件進(jìn)行性能測(cè)試,驗(yàn)證了封裝的可