基于倒裝芯片封裝的MEMS器件的可靠性研究.pdf

1、MEMS產品市場在不斷增長，但是MEMS產業(yè)化的進程卻非常不順利，大量MEMS產品構想陷入了困境。許多阻礙MEMS產業(yè)化進程的因素逐漸凸現出來，而封裝與可靠性則是其中最為關鍵的因素之一?，F在許多MEMS產品封裝還是停留在沿用老的IC封裝工藝的階段。對于許多先進的封裝形式，MEMS產品由于其特殊性，無法直接應用。倒裝芯片封裝，作為一種先進封裝的代表性技術，已經廣泛應用在IC封裝中。MEMS的倒裝芯片封裝，由于種種原因，大多數還僅僅停留在實

2、驗室的開發(fā)試驗階段。因此，研究針對MEMS的倒裝芯片封裝及其可靠性就顯得尤為重要。本文的主要內容包括以下幾個部分
　　 首先，對MEMS、MEMS封裝、以及倒裝芯片封裝技術進行了綜述。介紹了MEMS以及MEMS封裝的定義和特點，MEMS封裝工藝以及相關技術以及MEMS先進封裝技術等MEMS發(fā)展的現狀，其中對本文的研究對象——倒裝芯片封裝技術及其在MEMS中的應用進行了詳細的介紹。最后分析了MEMS封裝效應對MEMS可靠性的影響，

3、然后介紹了MEMS——裝協同設計的概念。
　　 其次，在理論上進行分析。首先闡述了熱致封裝效應的概念，針對倒裝芯片封裝的多層結構的熱機械耦合效應進行分析。當傳統的經典多層梁理論無法應用到包含非均勻單元的倒裝芯片封裝結構分析中時，我們根據層次化和單元庫設計思想采用分布節(jié)點分析方法進行分析。分別對均勻的芯片、基板層和非均勻的焊球層進行建模，采用分布節(jié)點法進行綜合，得到了倒裝芯片封裝結構的理論模型；然后采用有限元分析的方法，對倒裝芯片

4、封裝結構進行模擬。針對不同焊球凸點分布、不同幾何參數的倒裝芯片封裝結構在熱失配的情況下芯片表面的應力和應變進行模擬，得出了許多對采用倒裝芯片封裝的MEMS器件設計有益的結果。最后還分析了因熱致封裝效應產生的應力應變對MEMS懸臂梁的pull-in電壓，以及MEMS固支梁的諧振特性的影響。
　　 再次，介紹了倒裝芯片封裝結構制備的工藝及實驗結果。針對倒裝芯片封裝結構中最重要的凸點下金屬層的制備進行了詳細的闡述。首先介紹了兩種制作凸

5、點下金屬層(UBM)的方法——電鍍法與化學鍍法，介紹了兩種焊料凸點的制備裝配工藝方法——模版印刷方法和微球裝配方法，然后給出了針對常用倒裝芯片封裝結構的不同凸點分布的版圖設計和相應的基板設計，最后介紹了倒裝芯片焊接封裝的工藝步驟，并給出了試驗樣品的結果。
　　 最后，針對MEMS倒裝芯片需要的預封裝的特殊要求，介紹了一種采用陽極鍵合制備玻璃微腔的圓片級預封裝的技術。首先介紹了圓片級封裝的概念，以及陽極鍵合的原理，然后通過一步步工