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1鍵合工藝流程

首先使用SRO702設備在200℃通甲酸回流去除Sn表面氧化層;再使用SUSSMA6/BA6設備的背面對準功能將封蓋圓片的背面標記與器件圓片的正面標記對準，從而間接實現兩圓片正面的鍵合環對準，并通過鍵合夾具固定;最后放入SUSSCB6L設備進行真空鍵合。鍵合工藝曲線如圖2所示。先在50～60℃抽真空10min，再升溫至160℃并在0.01Pa真空環境中保持10min，以確保腔室保持較高的真空度。然后夾具的上半部分下降使兩圓片的鍵合環接觸，加壓至4MPa并繼續升溫至270℃，保溫保壓30min實現Cu－Sn鍵合。最后降溫降壓并取出樣片。

2測試分析

將完成W2W真空封裝的樣片依次進行表面掃描分析、X－Ray缺陷分析，然后用DAD340劃為單個芯片，再依次進行斷面觀察、剖面組分分析及剪切試驗分析。

2．1表面掃描分析圖3為使用VEECODEKTAK150進行鍵合環內斜對角芯片表面13mm范圍內連續掃描分析的圖片，由圖可見，芯片中心相對鍵合環邊沿向封裝腔內凹約3.87μm，表明封裝腔室內處于一定的真空狀態。

2．2X－Ray缺陷分析圖4和圖5為使用MetrisXTV160進行X－Ray缺陷分析的圖片，其中，圖4為單個芯片放大的細節檢測圖片，圖5為多個芯片的整體檢測圖片。由圖可見，鍵合區域沒有氣泡、孔洞等缺陷，鍵合環內外兩側也基本無Sn溢出。

2．3斷面觀察和剖面組分分析用顯微鏡觀察鍵合結構斷面(圖6為斷面觀察圖)，并使用EDS(能譜儀)測量鍵合區內各元素的重量比(圖7為剖面組分分析圖)。結合斷面觀察圖和剖面組分分析圖可知，整個鍵合斷面大致分為5層:從上到下依次為Cu、Cu3Sn、Cu6Sn5、Cu3Sn、Cu。其中兩側與襯底相鄰的為未消耗完的Cu，與Cu相鄰的中間大部分區域為Cu3Sn，最中心很薄的一層為Cu6Sn5。即鍵合已經形成了以Cu3Sn為主、含極少量Cu6Sn5的金屬間化合物。此外，組分中氧含量較高，這與儲存和工藝過程中鍵合環氧化有關。這可以在鍵合前通過增加甲酸回流時間來加以解決。

2．4剪切試驗分析對單個芯片使用DAGE4000進行剪切破壞性試驗，圖8為鍵合面剪切力破壞性試驗圖片。芯片破環時，剪切力為49.287kgf，單個芯片鍵合面面積為15mm2，由此計算出鍵合面的剪切強度為32.20MPa。觀察破壞后的鍵合面，發現大部分斷裂位置為Si襯底。由此可見Cu－Sn鍵合強度強于Si襯底強度。

3結論

(1)本文對基于W2W封裝工藝及Cu－Sn鍵合工藝的真空封裝進行了研究。通過電鍍制作Cu－Sn鍵合環，使用背面對準方法使mems器件圓片和封蓋圓片上的Cu－Sn鍵合環對準，在0.01Pa的真空環境中270℃及4MPa保持30min，成功地使Cu、Sn互溶擴散形成了剪切強度達32．20MPa的Cu3Sn和Cu6Sn5金屬間化合物，從而實現了一種簡易可靠的W2W圓片級真空封裝方法。(2)本文的圓片級真空封裝方法因鍵合溫度相對較低，可應用于多種MEMS器件的真空封裝。

作者：董艷 單位：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所