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亚博手机APP版_硅基MEMS制造技术检测方法国际提案介绍

发布时间:2021-04-23    来源:亚博登录官方网站11340

【亚博手机APP版】1.背景技术微机电系统是一种将微电子技术和微机械加工技术相结合的技术,用于制造各种性能优异、价格低廉、小型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。微机电系统已经进入我们生活的许多方面,包括汽车电子、消费电子和医疗领域。比如在消费电子领域,苹果公司就曾富有想象力地使用MEMS加速度计来对抗iPhone显示器的纵横画面自动转换,取得了巨大的成功,从而刺激了智能手机作为观察运动的MEMS传感器的应用急剧增加。

中国在微机电系统的设计和生产方面也取得了快速进展。北京大学、清华大学、上海微系统研究所、13中电、49中电、55中电、东南大学、上海交通大学的研究处于国内外领先水平。

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本文所解释的《硅基MEMS生产技术微键合区剪切和拉压强度检测方法》是基于北京大学科研成果的国际标准法案。2.国际标准提案说明2.1微机电系统的研究内容一般可以概括为以下三个基本方面:(1)理论基础宏观世界的基本物理规律在目前微机电系统可以超越的尺度下仍然发挥作用,但由于尺寸增大带来的影响,许多物理现象与宏观世界有很大的不同,因此许多原有的理论基础会发生变化,如力的尺寸效应、微观结构的表面效应、微摩擦机制等。因此,适当研究微动力学、微流体等。

这方面的研究虽然受到重视,但可玩性较差,因此往往需要多学科学者进行基础研究。(2)技术基础研究主要包括微机械设计、微机械材料、识别与加工、微组装与PCB、建筑技术、微测量等技术基础研究。

(3)微观力学在各个学科中的应用。由于微机电系统产品结构的特殊性,其生产过程中的材料和关键工艺的控制仍然是国际上的热点。作为国际上活跃的MEMS标准化组织,IEC/TC47/SC47F(MEMS分技术委员会)近年来制定了一系列标准。

最重要的微结构测试方法,如IEC62047-17 《半导体器件微电子微机械器件第17部分:薄膜材料的收缩机械性能测量方法》、IEC62047-18 《半导体器件微电子微机械器件第18部分:薄膜材料倾斜试验方法》,满足了微机电系统生产过程中微结构检测的市场需求。随着测试方法的成熟,微机电系统国际标准正在从测试方法标准向产品规范发展。

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比如用MEMS陀螺仪控制汽车。近年来,随着技术的变革,微机电陀螺芯片已经广泛应用于手机等终端设备中。IEC/TC47/SC47F也制定了IEC62047-20 《半导体器件微电子微机械器件第20部分:陀螺仪》标准,规范手机用MEMS陀螺仪芯片的生产和测试。

而IEC62047-5 《半导体器件微电子微机械器件第5部分:RFMEMS电源》用于规范通信设备射频MEMS电源的参数抑制和测试方法。可以预见,在不久的将来,IEC不会制定更多的MEMS产品规格来满足日益丰富的国际市场对MEMS产品的需求。

2.2标准的意义2013年初,北京大学张大成教授代表中国向IEC/TC47/SC47F明确提出《硅基MEMS生产技术微键合区剪切和拉压强度检测方法》,并获得项目批准。该标准是我国第一个在IEC/TC47/SC47F中确立的标准,其明确的提出对MEMS标准化也具有重要意义:(1)硅基MEMS生产技术主要分为三大类:以德国为代表的基于X射线深光刻、微电铸、干涉铸造的LIGA技术;精密加工技术,以日本为代表;在起源于美国的集成电路技术和材料基础上发展起来的硅基MEMS生产技术。硅基微机电系统生产技术扩展了半导体技术的技术和材料,有效地扩展了微加工领域。

它具有批量生产、成本低、不易建电路等优点,已成为微机电系统生产技术的主流。由于微机电系统器件的种类繁多,并且大多具有可移动结构,因此在设计、材料和生产上与半导体技术有很大的不同,这也导致了微机电系统的研究方向和内容的极大分散。 在这种情况下,微机电系统标准化的核心是开发一个或多个适用性强、稳定性好、成品率高的工艺模块,并在此基础上建立相应的设计准则。因此,硅基微机电系统生产技术标准代表了当前国际主流方向,也是微机电系统标准化的核心内容,具有极其重要的意义。

(2)微键合区域键合强度的检测键合是微机电系统中最常用的工艺之一,键合强度是键合工艺最重要的评价指标。传统的键合强度测试方法无法评估晶圆级或大面积键合结构。关于微键合区域键合强度测量技术的研究成果已有一些报道,但大多不存在方法简单、应用范围有限的问题,尚未形成一种规范有效、被业界广泛应用的方法。

然而,在微机电系统领域,科学研究和生产过程中对微键合区域键合强度的标准检测没有具体的市场需求,因此有望提出一种合理、有效、受到普遍尊重的检测方法。本标准基于北京大学微纳米加工技术国家重点实验室多年来在硅基微机电系统生产技术领域的研究成果。

它可以获得一种非常简单、有效和广泛适用的评价键合工艺质量的方法,已成为技术研究和工业开发中争论微结构键合强度的常用语言。对关键技术的深入研究和支持微纳加工平台与用户之间传递加工结果以获得加工结果的基本状态方程,对推动微机电行业的发展具有现实作用。2.3标准主要内容图1是基于微电子技术的微机电系统结构示意图。在图1中,右边圆圈的方向是粘合区域。

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在微机电系统中,键合区域的尺寸为微米。在微米级,精确测量结合强度是非常有趣的。然而,在我国新明确提出的国际标准法案中,明确提出了在小尺寸区域用慢剪切和拉压结合强度准确测量和区分结合工艺质量的方法。

标准中明确提出了纳米压力法和剪切法。拉压脱落结构粘结强度的测试方法是设计一系列不同结构参数的测试结构,用微探针在测试结构上产生垂直压力(施力方向见图1),当粘结面再次脱落时,通过相应的测试结构计算拉压粘结强度。图1典型微机电系统键合结构示意图剪切型结构的键合强度检测通过设计检测结构和相应的旋转标尺,用微探针为检测结构产生一个水平电机(施力方向见图1),键合强度由键合面再次脱落时旋转标尺上检测结构末端指针的读数来计算。

本标准中的方法具有以下优点:(1)操作者的设备非常简单,只需配置一个施加压力的微探针和一个显微镜;(2)无需专门设计样品;(3)读数非常简单,测试过程缓慢准确。。

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