激光键合有限元仿真及工艺参数优化

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1、第!"卷!第#期半!导!体!学!报6789!"!)79#!$$%年#月&'()*+*,-./)01-2+*3(&-)4.&5-/+,:;

2、线宽9然后通过漏选试验确定影响激光键合的主要工艺参数有激光功率.激光扫描速度及键合初始温度9最后通过对仿真结果进行回归分析!得到激光键合工艺的最优参数!为进一步研究激光键合工艺提供了理论依据9关键词!激光键合&有限元法&回归分析&键合线宽@@6??$!NL$`中图分类号!5)L$N!!!文献标识码!0!!!文章编号!$!NLYOK%%"!$$%#$#Y$MMNY$#晶片键合与否的关键因素!它直接决定激光键合的B!前言线宽.键合强度.残余应力9晶片高温区过大会影响器件中的温度敏感材料!键合温度过低则硅和玻璃在微机电系统"3*

3、3+#制造与封装中!用得最无法发生键合9实验表明晶片的温度场与激光工艺多的材料组合是硅和玻璃9由于硅具有良好的机械参数"如激光功率.激光扫描速度.晶片初始温度#及'M(性能!而玻璃具有电绝缘性.良好的透光性.高机械键合环境有关9该键合方法已取得成功!但激光键强度及化学稳定性!为此硅和玻璃的键合工艺成为合过程中晶片内部的温度场分布并不清楚9为了研微机电系统封装工艺研究的重点9目前硅和玻璃的究激光键合的温度场分布!本文采用有限元法对晶键合工艺主要有直接*共熔键合和阳极键合9阳极键片的温度场分布进行仿真!同时为了探讨激光键合'K

4、(合需要施加强电场"电压大约为K$$$6#!而直接工艺参数及键合环境对键合温度场分布的影响!本'!(键合通常需要很高的退火温度"KK$$l#9因此!在文使用了试验设计方法"4-*#!并对仿真数据进行集成了金属薄膜的压力.化学和热传感3*3+器件回归分析!从而找到激光键合的最优工艺参数9中!这两种键合工艺不再适用9同时!由于阳极键合和直接键合工艺是对整个晶片施加场作用!不能对C!激光键合的有限元仿真晶片进行选择性的键合!键合面积和热影响区不能得到控制9因此!为了使对温度和电场有特殊要求器图K为激光辅助硅*玻璃键合的示意图9其

5、中玻件的性能免受影响!提出了一种只在特定区域施加璃为=F>

6、性!合环境通过设置模型边界的不同空气对流系数来模通过使用激光辅助键合!可以克服上述缺点9拟9激光的光斑直径为定值777!$$%R9激光键合的原理是利用激光与物质相互作用的硅和玻璃的热物性参数随温度变化很大!其中热效应实现微系统器件的局部加热键合9由于激光硅在室温下的热导率大约是K$$$l时热导率的N'K$(具有良好的聚焦特性!因此可以使被照射区域的温倍9=F>

7、场的分布是影响对激光键合的热影响区大小有重要影响!为此必须"国家重大基础研究"批准号$!$$L&`%K#!$%#和国家自然科学基金"批准号$N$O$N$LL#资助项目P通信作者9*RHI8$Q9898IH7!RHI89G:BA9F7J87@H8IE7;DI;Q图L!硅*玻璃界面处温度场分布图J7>Q8HBBH;DB

8、I8I@7;2IQ9L!5HA:>IE:AI7;HAAGJH@<7JQ8HBBH;DBI8I@7;表K!硅和玻璃的热物性参数5HE8IH8AG<>RH8C>7C<>AI