论文部分内容阅读
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems),即微机电系统,是集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。基于MEMS技术制作的产品,如微执行器、微传感器、微型构件、微机械光学等器件已经从实验室研究逐步走向市场,在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事等领域的应用日益普遍,并且具有十分强大的市场竞争力。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业,然而,实现MEMS的商品化、市场化,需要对MEMS封装进行更深入、系统的研究。MEMS产品的封装形式是将其成功推向市场的关键因素,也是MEMS设计与制造中的一个关键因素,最佳的封装能使MEMS产品发挥其应有的功能。本文以MEMS射频器件的封装工艺开发作为研究主题,研究的主要内容和创新点如下:(1)对MEMS圆片级封装理论与圆片级封装工艺进行了深入分析和研究,将TSV(Through Silicon Via)技术应用于圆片级封装中;从材料选择和工艺条件等方面,对阳极键合、直接键合、共晶键合等常用MEMS键合方法进行了分析比较。结合实际工艺要求,拟定了金金热压键合作为本文的键合方案。(2)完成了MEMS盖帽封装的结构和工艺流程的设计,并完成光刻、刻蚀、去胶、键合、磨片、电镀等工艺。(3)针对TSV技术的特点,对TSV互连关键工艺进行优化。通过单步工艺实验优化,对深孔刻蚀和深孔电镀的工艺方法和工艺参数进行调整,完成了TSV的制作。使用扫描电子显微镜,台阶仪等测试设备对工艺结果进行了评估和分析。(4)对等离子刻蚀和电极腐蚀工艺进行优化。通过调整工艺参数,改善等离子刻蚀的各向异性,得到平滑陡直的侧壁形貌;针对电极与下层金属粘附性以及电极形貌做了大量验证、优化实验,并得到简化且稳定的工艺方法。(5)封装测试与评价。通过拉力实验检测了键合强度,通过高温高湿可靠性实验对封装的密封性和电极牢固性进行了验证,并使用探针台等设备对封装后的射频器件进行性能测试,验证了封装的可靠性。