三层硅加速度敏感芯片BCB键合工艺研究.pdf

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1、2015年第34卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)37DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)03-0037-03三层硅加速度敏感芯片BCB键合工艺研究刘智辉，田雷，李玉玲，尹延昭(中国电子科技集团公司第四十九研究所。黑龙江哈尔滨150001)摘要：采用非光敏苯并环丁烯(BCB)进行MEMS压阻式加速度敏感芯片三层结构制作。BCB键合具有工艺温度低、键合表面要求低等特点，适用于芯片的圆片级封装。但是固化过程中BCB粘度随温度升高而下降，

2、流动性变大，在毛细作用的影响下沿着微小间隙流淌，导致可动部件粘连，器件失效。通过控制BCB厚度、增加BCB阻挡槽解决了可动部件粘连问题，制作了三层硅结构的加速度敏感芯片。样品漏率小于1．0×10。Pa·m3／s，键合剪切强度大于20MPa，能够满足航天、工业、消费电子等各领域的应用需求。、关键词：微机电系统；三层硅；加速度计；苯并环丁烯；键合；毛细作用中图分类号：TN305．9文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)03-0037-03ResearchonBCBbondingprocessofaccele

3、rationsensitivechipmadeofthree—layerSiwaferLIUZhi—hui，TIANLei，LIYu—ling，YINYan-zhao(The49thResearchInstitute，ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Harbin150001，China)Abstract：Fabricationofthree—layerSistructureMEMSpiezoresistiveaccelerationsensitivechipsbyB

4、CBbondingiscarriedout．BondingwithBenzo-cycle-butene(BCB)issuitableforMEMSwaferlevelpackagingbecauseofitslowprocesstemperatureandlowrequirementforsurface．ButviscosityofBCBreduceandliquidityincreasewhilethetemperaturerise，BCBflowsalongthemicro-gapsduetothecapillar

5、y—effect，whichleadstoconglutinationofmovablestructureandfailureofthedevice．BycontrollingthicknessofBCB，andaddingovercomegrooveresolveproblemofconglutinationofmovablestructurethree-layerSistructureaccelerationchipsisfabricated．Cellsamplesistested．bondingshearstre

6、ngthismorethan20MPaandhemeticityislessthan1．0×10一Pa·ma／swhichmeetsrequirementforfieldssuchasaviation，industryandconsumptivedevice．，Keywords：MEMS；three-layerSi；accelerometer；BCB；bonding；capillary—effect0引言苯并环丁烯(BCB)键合属于黏合剂键合，键合温度低，加速度传感器广泛应用于汽车、航天、航空、兵器等领粘接效果良好，耐

7、酸碱腐蚀，介电常数低，对键合表面的平域⋯。通常，加速度敏感芯片包含质量块、弹性梁等可动整度和粗糙度要求较低，能够用于硅一硅、玻璃一硅等结构部件，环境中的灰尘、气流、水汽会降低敏感结构可靠性，甚的键合。中国科学院上海微系统与信息技术研究所很早就至导致敏感芯片失效，圆片级封装是解决该问题的有效方开展了BCB键合研究和BCB键合在加速度传感器中的法。应用研究；赵璐冰开展了光敏BCB应用于MEMS键合的常用的圆片级封装技术有：阳极键合、硅直接键合研究，刘磊研究了旋涂、键合压力等工艺参数对键合效(SDB)、共晶键合、黏合剂表面键

8、合J。阳极键合强度高，果的影响，何洪涛利用BCB键合技术研制了压阻式惯性密封性好，但是由于异质材料间的热膨胀系数不同而引入传感器。的应力会影响器件性能的稳定性。共晶键合和SDB对键键合固化前，BCB粘度随温度升高而降低，流淌性变合面的状态要求非常高，所以，工艺难度大。黏合剂键合是大，有可能导致可动部件粘连，器件失效。本文采用干指通