自蔓延反應(yīng)鍵合工藝研究及應(yīng)用.pdf

1、自蔓延反應(yīng)加熱鍵合具有鍵合效率高、對器件熱影響小、鍵合成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其既可用于光電子集成，也可用于MEMS 封裝，并可與常用的MEMS 封裝制造方法（如共晶鍵合和焊料鍵合）結(jié)合起來，通過與半導(dǎo)體微加工技術(shù)集成，有望形成一種標(biāo)準(zhǔn)化的 MEMS 封裝制造技術(shù)。本文以自蔓延反應(yīng)鍵合研究為基礎(chǔ)，以光電子異質(zhì)材料集成和自蔓延反應(yīng)局部加熱圖形鍵合為主線，通過理論分析、數(shù)值模擬與鍵合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究手段，對自蔓延反應(yīng)加熱鍵合與圓片級局部反應(yīng)加熱圖形

2、封裝鍵合進(jìn)行了較為系統(tǒng)、深入的研究。
　　 第1 章首先介紹了MEMS 及其封裝技術(shù)特點(diǎn)。
　　 第2 章以自蔓延反應(yīng)傳熱傳質(zhì)理論為基礎(chǔ)，研究了自蔓延反應(yīng)加熱的傳熱傳質(zhì)特性，理論分析了濃度變化、傳熱量、反應(yīng)速度等自蔓延反應(yīng)特征，建立了自蔓延反應(yīng)加熱模型，運(yùn)用ANSYS 軟件，通過“非線性、全瞬態(tài)熱分析方法”模擬了自蔓延反應(yīng)鍵合過程。
　　 第3 章根據(jù)自蔓延放熱反應(yīng)特性，通過DSC、XRD/XRF等研究手段，對自

3、行研制的Ni/Al納米顆粒活性反應(yīng)薄膜的反應(yīng)放熱量及反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了分析。試驗(yàn)明，研制的Ni/Al納米顆粒活性薄膜的DSC 曲線中存在3個(gè)放熱峰，總放熱量為57.5kJ/mol，XRD/XRF 譜線顯示最終反應(yīng)產(chǎn)物為B2NiAl。將測試數(shù)據(jù)輸入到自蔓延反應(yīng)鍵合模型中，模擬了反應(yīng)鍵合過程中的熱量傳遞與溫度場分布。
　　 第4 章研究了反應(yīng)鍵合工藝條件對鍵合質(zhì)量的影響，這些影響因素包括鍵合壓力、焊料成分、焊料厚度等。研究表明，隨著鍵合

4、壓力從50kPa 增大到600kPa，平均鍵合抗拉強(qiáng)度從0.5MPa 增大6MPa，當(dāng)壓力繼續(xù)增大時(shí)，鍵合強(qiáng)度下降；不同焊料成分對鍵合強(qiáng)度具有較大影響；反應(yīng)放熱量決定了焊料層最佳厚度，對40μm 厚的反應(yīng)活性片，SnAg焊料層最佳厚度為25μm。本章最后采用反應(yīng)鍵合，開展了異質(zhì)材料鍵合研究。
　　 第5章進(jìn)行了圓片級反應(yīng)局部加熱圖形鍵合試驗(yàn)。使用自行設(shè)計(jì)的一套半導(dǎo)體加工工藝，在硅圓片上加工出封裝槽并進(jìn)行反應(yīng)鍵合，成功完成了氣密封