圆片级感应局部加热封装技术研究

论文摘要

目前,封装和集成已成为制约MEMS产业化的一个技术瓶颈。感应加热主要利用电磁感应原理,具有加热速度快、选择性加热等特点,非常适合于MEMS器件的局部加热封装。本论文围绕圆片级感应局部加热键合技术,设计制作了射频感应加热封装样机,并开展了圆片级感应加热键合工艺研究,主要研究内容包括:(1)回顾了电磁感应加热、趋肤效应、热传导等理论基础,在此基础上对感应加热应用于MEMS圆片级封装进行了理论分析,提出实现感应局部加热封装的方法。(2)系统研究了感应加热封装设备,具体分析了各部分的设计依据和设计方法,并制作了射频感应加热封装样机。(3)研究了圆片级键合图形制作工艺,通过电镀腐蚀工艺和电镀刻蚀工艺,在玻璃、硅衬底上制备了圆片级键合层金属图形样品,键合层厚度可达90微米。对样品进行射频感应圆片级封装(f=13.56MHz),当加热时间为15s左右时,基本实现了1寸玻璃衬底上金属图形的均匀加热与键合,从而验证了感应局部加热封装的可行性与优越性。(4)对大尺寸(2寸及以上)圆片级感应加热封装进行了研究,得出阻抗匹配是其关键问题。用射频感应加热封装设备试验中发现,两寸圆片键合时电源输出能量难以完全耦合到圆片上,键合过程慢,电源热效率低。组合型线圈(感应器)能在较大范围内产生均匀磁场,适合两寸及以上圆片级封装,但匹配器无法使负载阻抗和电源内阻抗匹配。在感应器确定的情况下,阻抗匹配是感应局部加热圆片级封装的突破点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 微机电系统（MEMS）封装
• 1.2 局部加热封装技术
• 1.3 感应局部加热封装技术发展现状
• 1.4 课题来源、研究内容及论文安排
• 2 感应局部加热理论分析
• 2.1 电磁感应加热
• 2.2 趋肤效应与趋肤深度
• 2.3 热传导
• 2.4 感应局部加热
• 2.5 本章小结
• 3 射频感应局部加热封装设备
• 3.1 电源设计
• 3.2 阻抗匹配
• 3.3 感应器设计
• 3.4 真空腔设计
• 3.5 本章小结
• 4 圆片级感应局部加热封装
• 4.1 PCB 圆片级感应加热
• 4.2 圆片级图形制作
• 4.3 硅、玻璃衬底感应加热键合试验
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献