MEMS封装用局部激光键合法及其实现

半导体光电 2008年6月第29卷第3期成 立等: MEMS封装用局部激光键合法及其实现

材料、结构及工艺

MEMS封装用局部激光键合法及其实现

成 立,王 玲,伊廷荣,植万江,范汉华,王振宇

(江苏大学电气与信息工程学院,江苏镇江212013)

摘 要: 对常规激光键合在Si 玻璃键合工艺中因高温而引起的负面效应进行了分析,从而设计出芯片表面活化预键合与激光键合工艺相结合的方法。该方法已用于微电子机械系统(MEMS)样片封装实验中。实验过程是:先用一种特殊的化学方法形成亲水表面,然后将Si和玻璃置于室温下进行预键合,最后取波长1064nm、光斑直径500 m、功率70W的Nd YAG激光器作局部激光加热。结果表明,该方法在不施加外力下能实现无损伤低温键合,同时拉伸实验也说明了样片键合强度达到2.6~3.0MPa,从而既保证了MEMS芯片的封装质量又降低了其封装成本。

关键词: 微电子机械系统;局部激光键合;表面活化;预键合;固体激光器

中图分类号:TN305.2 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2008)03-0345-04

LocalLaserBondingMethodandItsImplementationonMEMSChipPackage

CHENGLi,WANGLing,YITing rong,ZHIWan jiang,FANHan hua,WANGZhen yu

(InstituteofElectricityandInformation,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,CHN)

Abstract: Itwasanalyzedthatconventionallaserbondingcouldalleviateadverseeffectwhichwascausedbythehightemperatureinsilicon glassbondingprocess.Soanovelmethodthatwasthecombinationofsurfaceactivatedpre bondingandlaserbondingwasdesigned.Thismethodwasusedforanexperimentonmicro electro mechanicalsystem(MEMS)chippackage.Firstly,aspecialchemicalsolutionwasusedtogeneratehydrophilicbondingsurface,thenthesilicon glasspre bondingwasaccomplishedatroomtemperature.Atlasttheselectedlaserwithawavelengthof1064nmwasusedanditsfocusspotdiameterwas500 mandpowerwas70W.Theexperimentresultsshowthatthepre bondingpairsarebondedlocallyandthebondingstrengthevenreaches2.6~3.0MPawithoutanyexternalpressure.Withthesecharacteristics,thismethodimprovesthepackagequalityofMEMSproductionsandreducestheircosts.

Keywords: MEMS;locallaserbonding;surfaceactivated;pre bonding;solidlaser

1 引言

微电子机械系统(MEMS)封装与微电子封装的区别在于:MEMS成品常与外界接触,这使得MEMS微器件封装比集成电路(IC)的封装价格更为昂贵,据统计,一般IC封装成本只有MEMS封装成本的30%左右

[1]

装质量和成品率,造成它的封装成本居高不下。近几年来半导体芯片键合法取得了一些研究成果,如Si-Si阳极键合(300~450 )、Au-Si共晶键合和芯片对的熔融键合等。然而,在MEMS封装中的高键合温度不但会引起大的残余应力,造成玻璃本身破裂,而且还会导致MEMS内部器件结构及性能发生变化,造成MEMS的产品质量下降。为了提高MEMS微器件成品的封装质量,一些新型的激光键合方法应运而生。这些方法采用局部加热法或快速

。诸多因素影响着MEMS的封

收稿日期:2008-03-11.

基金项目:国家 863 计划项目(2006AA10Z258).