应用于三维集成封装的玻璃转接板的制备和测试

摘要

系统级的三维集成封装满足了市场对于电子产品高度集成化、微型化、多功能化的迫切需求，已经成为MEMS封装的主要发展趋势。与此同时，鉴于MEMS器件的特殊性，其大多需要进行气密性封装。玻璃转接板凭借转接板结构特征，能有效地实现三维集成封装;再者，基于玻璃优越的绝缘性能、与硅相近的CTE以及优良的气密性，也使得其在现今MEMS气密性封装中极具潜力。然而，制备工艺一直为玻璃转接板的挑战所在，特别是埋入玻璃中微结构的加工成型以及后续的电镀金属化。本文针对于此，在课题组前期研究的基础上，基于玻璃回流工艺来实现埋入玻璃中微结构的加工成型，并以具有良好电导率的高掺杂硅作为TGV通孔填充材料解决了其金属化难题。通过优化后的玻璃回流方案实现了埋入器件型玻璃转接板的制备，并对制备完全的玻璃转接板进行了表征，揭示了其在圆片级MEMS气密性封装方面所具有的巨大潜力。同时，本文还创新性对高掺杂硅作为TGV填充材料的热-机械可靠性进行了系统地仿真，验证了以其替换铜作材料优化时，对于TGV热-机械可靠性的提升相较于结构的优化更具意义。
　　首先，对优化后的埋入器件型玻璃转接板的制备工艺进行了详细地阐述。特别是对小尺寸结构下的玻璃回流工艺进行了具有实际操作指导意义地探究，揭示了特定回流温度、回流时间及模具凹槽结构对填充度的影响规律。
　　其次，对制备后的玻璃转接板进行表征测试。结果表明了所制备的玻璃转接板具有好的板级形貌、玻璃回流工艺所具有的制备高深宽比结构的能力、所使用的高掺杂硅具有良好的导电性能以及硅-玻璃界面结合的致密性。
　　最后，对玻璃转接板中的TGV结构的热-机械可靠性进行了系统地研究。揭示了基于结构优化的最大热-机械应力的降幅大致在10％以内:铜TGV的降幅为7.86％;高掺杂硅TGV的降幅为7.35％。而通过高掺杂硅替换铜作材料优化时，其降幅高达96％。验证了采用具有良好导电能力的高掺杂硅作为TGV通孔填充材料具有更高的热-机械可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 MEMS封装概述

1．2 MEMS封装发展趋势

1．3 转接板技术

1．3．1 转接板技术概论

1．3．2 常见TGV制备工艺

1．3．3 玻璃转接板研究现状

1．4 本论文的主要工作

参考文献

第二章 埋入器件型玻璃转接板的圆片级制备

2．1 工艺流程

2．2 埋入器件型玻璃转接板的制备

2．2．1 硅模具的制备

2．2．2 阳极键合

2．2．3 玻璃回流工艺分析

2．2．4 复合圆片CMP

2．3 玻璃转接板再布线层(RDL)探究

2．3．1 剥离法制备再布线工艺流程

2．3．2 实验结果及其分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 埋入器件型玻璃转接板的表征测试

3．1 玻璃转接板板级形貌的表征

3．1．1 圆片厚度测量

3．1．2 圆片平整度测量

3．2 高掺杂硅电阻率的测量与埋入器件结构表征

3．2．1 高掺杂硅电阻率的测量

3．2．2 埋入玻璃中器件结构表征

3．3 硅-玻璃结合强度探究

3．4 本章小结

参考文献

第四章 TGV的热-机械可靠性仿真

4．1．1 材料力学中的强度理论

4．1．2 TGV的热-机械应力研究现状

4．2．1 建立有限元模型

4．2．2 仿真结果分析

4．3 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1 本论文工作总结

5．2 进一步工作的展望

致谢

作者简介

硕士期间取得的学术成果