用于微机械加速度计上盖封装的电镀锡工艺研究

摘要

MEMS器件由于尺寸小、质量轻、功耗低等优点得到世界范围内广泛的研究，但因不同种类的MEMS器件在封装需求以及工艺兼容性方面经常各有其特殊性，这对 MEMS器件的封装提出了更高规格的要求，这对 MEMS器件走向实际应用造成了一定程度上的阻碍。本文对课题组在研的三明治式高精度、大量程MEMS加速度计的实际封装进行了需求分析，为了确保MEMS加速度计在电容-位移信号检测方面的可靠性和灵敏度，实现封装腔体内外电信号的连接，需要加工包含电容极板阵列结构的玻璃上盖，对中间的弹簧振子结构进行封装，基于此提出了封装环厚度为（33±5）μm、键合强度大于1MPa等指标。
　　通过对MEMS加速度计封装方式的调研分析，本文选择基于电镀金属焊料锡凸点回流焊的封装方式完成对弹簧-振子结构的封装。通过对电镀工艺的研究，对电镀锡的厚度均匀性进行了优化，将锡的厚度均匀性控制在5％以内；在此基础上，搭建实验平台，采用三点压片的方式改善了键合完成后焊料锡厚度的均匀性，实现了封装工艺。其中，重点对电镀完成后导电牺牲层金属难以安全刻蚀的问题进行了研究。干法刻蚀易于破坏已有功能层结构，引入潜在的工艺兼容性问题；湿法刻蚀简单易行，但是牺牲层金属铬的刻蚀液通常会优先与需要保留的焊料锡发生反应。针对此种困境，本文通过对电镀焊料锡工艺流程的创新与优化，引入铝膜作为导电牺牲层，成功解决了电镀锡工艺流程中导电牺牲层金属的湿法刻蚀问题，实验结果表明，该工艺与我们的MEMS器件兼容性较好，同时可广泛应用于特征尺寸在100μm以上的凸点焊锡工艺。
　　封装完成后的测试结果表明，键合完成后焊料锡厚度可控制在（33±4）μm，键合强度达到（2.0±0.4）MPa，满足大于1MPa的设计指标，整体工艺可用于对MEMS加速度计的封装。

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1. 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 常见的MEMS器件封装技术

1.3 MEMS加速度计基本工作原理与封装需求分析

1.4 课题研究主要内容

2. 电镀焊料锡制备方法及工艺摸索

2.1 倒装芯片技术

2.2 电镀锡工艺

2.3 小结

3. 电镀锡封装工艺流程设计与优化

3.1 电镀锡封装工艺流程初步设计

3.2 实验结果与遇到的问题

3.3 凸点下金属层铬的刻蚀问题

3.4 电镀锡封装工艺流程的改进与优化

3.5 小结

4. 封装环加工及键合质量检测

4.1 铝膜与UBM结构电连接问题及解决方案

4.2 焊料键合与封装环厚度均匀性测试

4.3 焊料键合质量检测

4.4 小结

5. 总结及展望

致谢

参考文献

附录1：光刻胶工艺流程

附录2：UBM制作标准工艺