mems 圆片级气密封装工艺规范-华中科技大学

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1、InstituteofMicrosystems,HuazhongUniversityofScience&TechnologyMEMS圆片级气密封装工艺规范(试行)华中科技大学微系统研究中心目录1．总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22．基本规定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23．封装键合材料与制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34．键合方法与工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．1阳极键合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．2熔硅键合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯62．3共晶键合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯75．键合质量评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯85.1键合界面空洞检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯85.2气密性检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯95.3键合强度（抗拉和抗剪切强度）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125.4热循环测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯155.5热冲击测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯165.6应力测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯175.7SEM微观分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯181http://www.chinamems.comInstituteofMicrosystems,HuazhongUniversityofScience&Technology1总则1.0.1为统一MEMS圆片级气密封装工艺方法，提高工艺质量及其可比性，特制定本规范。1.0.2本规范适用于MEMS圆片级气密封装工艺实施和管理。1.0.3制定MEMS圆片级气密封装工艺应符合以下条件：(1)满足MEMS研制及今后发展的需要，为提高MEMS封装设计和工艺实施与管理水平服务。(2)充分考虑工艺条件，掌握国内外已有成果，把工艺设计建立在高起点的基础上。(3)工艺

4、过程要有明确的目的、要求和内容。(4)具备必要的工艺环境、工艺设施、技术力量和设备条件。1.0.4MEMS圆片级气密封装工艺除应符合本规范外，尚应符合国家及相关行业现行有关标准的规定。2基本规定2.0.1MEMS圆片级气密封装（键合）工艺应包括键合工艺和键合质量评价等内容。2.0.2MEMS圆片级气密封装（键合）工艺应在了解工艺目的、条件、规模和特点的基础上进行。工艺内容、方法和数量应符合工艺任务书要求。2.0.3实施单位在开展工作之前，应收集和分析工艺资料，结合工艺任务书的要求，编制工艺大纲。工艺大纲在执行过程中可根据工艺条件和要求的变化适当进行调整修改。2.

5、0.4工艺大纲应包括下列内容：1工艺目的、内容和技术要求。2工艺布置。3仪器设备和人员安排。4计划进度。5提交工艺成果的名称及数量。6其他内容。2.0.5仪器设备应合理选型配套，定期进行计量率定。2.0.6封装键合工艺应在不低于1000级的超净环境中进行。2.0.7工艺结束后，应及时编制和提交工艺报告。2http://www.chinamems.comInstituteofMicrosystems,HuazhongUniversityofScience&Technology3封装键合材料与制备3.1.1MEMS圆片键合材料一般应具有以下性能：1要求使MEMS结构

6、与基板有很好的键合强度，以保证MEMS芯片与基板不发生相对移动，而且必须能承受温度、湿气、冲击、振动和切割等影响。2键合材料必须在MEMS芯片和外壳基板之间提供良好的热通道，使MEMS芯片产生的热量顺利的从芯片传导到底板，以保证芯片工作在所希望的温度范围内，如果支持电路需要从芯片到底板有很好电接触，那么键合材料应该能满足这一要求。3键合材料要求有很好的稳定性和可靠性。键合材料的稳定性和可靠性取决于键合材料间热膨胀系数（CTE）的差别所产生的热机械应力承受能力。这些应力主要在键合材料与芯片底面和外壳底板之间的界面位置。常用MEMS键合材料的性能如表3.1.1所示。

7、表3.1.1常用MEMS键合材料的性能材料熔点/共晶CTE热传导率比热(4.2×杨氏模量-6-2泊松比及组成温度（°C）(10/°C)[W/(m.K)]10J/g℃)（GPa）Si14152.6-4.284-14417.61.870.25Au106414.62973.09//Sn2324665.55.2//In156.633.0245.7//Al66023.824021.4//Cu108316.53939.1668.30.33Cr18576.76610.5//Au/20Sn28015.957/59.20.30Au/2.85Si36312.327/82.70.30

8、Au/19In48714