반응성 본딩

Reactive bonding

반응성 결합은 반응성이 높은 나노 크기의 다층 시스템을 결합 기판 사이의 중간 층으로 사용하는 웨이퍼 결합 절차를 설명합니다.다층 시스템은 두 개의 서로 다른 얇은 금속 필름으로 구성됩니다.다층 시스템 내의 자기 전파 발열 반응은 국소적인 열을 발생시켜 납땜막을 접합합니다.제한된 온도에 따라 다른 CTE(금속, 폴리머 및 세라믹)를 가진 감온성 부품 및 재료를 열손상 없이 사용할 수 있습니다.

개요

Fraunhofer ENAS에 의한 실리콘 웨이퍼의 반응층으로서의 다층 시스템 이미지

접합은 내부 열원을 제공하는 반응성 나노 스케일 멀티레이어를 기반으로 합니다.이러한 포일은 접합을 위해 추가 납땜 층과 결합됩니다.접합에 필요한 열은 다층 시스템의 자기 전파 발열 반응에 의해 생성됩니다.이 반응은 온도, 기계적 압력, 전기 스파크 또는 레이저 펄스와 같은 에너지 펄스에 의해 점화됩니다.생성된 열은 본딩 인터페이스에 국한되며 밀리초 이내의 단기 가열 단계로 인해 제한됩니다.

이 열은 이 접근법의 장점이므로 사용된 재료는 고온에 노출되지 않고 빠르게 냉각할 [1]수 있습니다.단점은 이 접근법이 10마이크로미터 미만의 본드프레임 치수에 적용되지 않는다는 것입니다.이는 이 작은 [2]치수에서 포일의 제한된 취급 및 구조 능력에 기초한다.

다층 시스템에 사용되는 재료는 일반적으로 Ni/Al, Al/Ti 또는 Ti/[1]a-Si와 같은 교대로 이루어진 2층 요소이다.금속층의 두께는 보통 1~30nm이며 수평 또는 수직 나노 스케일 재료 필름으로 배열할 수 있으며 반응성 및 저융해성 [2]구성 요소의 조합입니다.양층 두께가 증가하면 반응 속도가 감소하고 반응 열이 증가합니다.따라서 높은 반응속도와 높은 반응열과의 특정한 균형이 필요하다.[3]

이러한 소재의 상업적인 예는 나노포일입니다.대응하는 접합 프로세스를 Nano Bond라고 합니다.

절차 절차

전처리

두 개의 다른 반응성 구조가 확립된다. 즉, 기존의 수평층별(다층) 구조와 수직 [2]배열 구조이다.프리랜딩 박의 취급, 패턴 형성 및 위치 결정 중에 발생하는 난관에 기초하여 다층막을 실리콘 [4]기판상에 직접 퇴적시킨다.실리콘에 다층 시스템을 퇴적시키는 것은 마그네트론 스패터링, 전기 도금 또는 식각으로 이루어집니다.수직 나노 구조도 기판 표면에 [2]직접 생성됩니다.

기판 표면에는 물리증착(PVD)을 사용하여 납땜층, 즉 금(Au)이 부착됩니다.PVD 프로세스는 납땜의 [1]젖음을 촉진합니다.증착 중 사용된 구성 요소의 혼합은 반응 매개변수에 영향을 미치고 이를 방지하기 위해 기판이 [4]냉각됩니다.

다층구조에서 일반적으로 사용되는 증착방법은 마그네트론 스패터링이다.다층 시스템은 기판 표면에 교대로 스퍼터되는 수천 개의 얇은 단일 층의 구성요소 조합으로 구성됩니다.

전기도금 또는 전기화학적 증착(ECD) 다층 증착의 경우 두 가지 접근법이 확립된다.한편, 두 개의 다른 도금 욕조에 번갈아 증착하는 두 개의 욕조 방법이 존재합니다.한편, 양막성분을 1욕에 포함한 전해액을 1욕법으로 할 수 있다.ECD 프로세스는 프로세스 시간과 복잡성을 줄입니다.또한 패턴 도금을 가능하게 하여 구조물의 복잡한 식각 공정을 방지할 수 있다.

수직 나노구조는 두 단계로 작성됩니다.우선 드라이에칭에 의해 실리콘 기판 내의 니들을 생성한다.또 다른 사용된 재료는 스패터링으로 침전되어 바늘을 덮습니다.이 접근방식은 수천 개의 단일 [2]레이어 퇴적 누락으로 인해 프로세스 시간과 복잡성을 대폭 줄입니다.또, 전기화학적 가공을 실시하는 것으로, 반응성 박패터닝을 실현할 수 있다.

본딩

점화 [4]후 다층 시스템에서 자기 전파 반응을 개략적으로 설명합니다.
반응성 다층을 열원으로 하는 반응성 결합 프로세스 개략도

결합 과정은 나노 스케일 다층계의 반응을 바탕으로 [1]계면에 집중된 에너지를 방출합니다.자기전파반응은 다층계통의 화학결합에너지 감소에 의해 발생한다(그림 "점화 후 다층계통에서의 경질적 자기전파반응"과 비교).

시스템 합금 또는 금속간 화합물(AB)은 원자 [2]확산으로 인해 혼합 요소(A+B)로부터 형성됩니다.

반응성 호일은 에너지 펄스에 의해 점화되어 즉각적인 자가 전파 반응을 일으킵니다(그림 "반응성 다층을 열원으로 하는 반응성 결합 프로세스"와 비교).

이 국소 혼합 프로세스는 인접한 요소 층으로 전달되는 열을 생성합니다.반응은 포일을 [4]통해 밀리초 안에 퍼집니다.이 에너지 방출은 본딩 인터페이스의 고온으로 이어집니다.한편, 인터페이스 외부의 컴포넌트는 [1]반응의 고온에 노출되지 않습니다.높은 계면 에너지 외에도 이 반응은 또한 저두께에 의해 촉진되어 단일 금속층의 [2]확산경로가 감소한다.

그 결과 발생하는 내부 열은 땜납층을 녹여 [5]확산에 기초한 다층 시스템 및 기판과 결합을 형성합니다.이러한 발열 반응은 Ni/Ti 또는 Ti/Co와 같은 압축 분말과 같은 반응성 물질과 Ni/Al과 [4]같은 나노 구조 다층 시스템에서 점화될 수 있습니다.접착은 다양한 환경([4]예: 진공)[6]에서 상온에서 정의된 기계적[1] 압력을 제공하는 힘으로 이루어질 수 있습니다.높은 기계적 압력을 가하면 납땜의 흐름이 향상되므로 [5]기판의 습도를 개선할 수 있습니다.

예

반응성 본딩 접근법은 다이 어태치먼트 및 [1]마이크로 시스템 패키지의 밀봉 밀봉 등 MEMS 컴포넌트를 조립하는 데 사용됩니다.이 프로세스는 온도에 민감한 생물학적 활성 기판을 진단 또는 의료 장치에 결합하는 데 사용됩니다.또한 센싱 기능과 고정화된 셀을 가진 일회용 마이크로 유체 장치를 [2]제작할 수 있다.

기술사양

자재

기판:

  • 시
  • 유리

납땜:

  • 오
  • CU
  • 알
  • 티
  • 금속 유리

반응성 성분:

  • 알
  • 티
  • 니
  • a-Si
  • 회사
온도
  • 실온
이점
  • 국부 가열
  • 급속 냉각
  • 양호한 헤르메티시티 수준
결점
  • 10마이크로미터 미만의 결합 프레임에는 적용되지 않는다

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g Böttge, B. and Bräuer, J. and Wiemer, M. and Petzold, M. and Bagdahn, J. and Gessner, T. (2010). "Fabrication and characterization of reactive nanoscale multilayer systems for low-temperature bonding in microsystem technology". Journal of Micromechanics and Microengineering. Vol. 20, no. 6.{{cite news}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  2. ^ a b c d e f g h i Lin, Y.-C. and Baum, M. and Haubold, M. and Frömel, J. and Wiemer, M. and Gessner, T. and Esashi, M. (2009). "Development and evaluation of AuSi eutectic wafer bonding". Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, 2009. TRANSDUCERS 2009. International. pp. 244–247. doi:10.1109/SENSOR.2009.5285519.{{cite conference}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  3. ^ Qiu, X. & Wang, J. (2008). "Bonding silicon wafers with reactive multilayer foils". Sensors and Actuators A: Physical. Vol. 141, no. 2. pp. 476–481. doi:10.1016/j.sna.2007.10.039.
  4. ^ a b c d e f Wiemer, M. and Bräuer, J. and Wünsch, D. and Gessner, T. (2010). "Reactive Bonding and Low Temperature Bonding of Heterogeneous Materials". ECS Transactions. Vol. 33, no. 4. pp. 307–318. doi:10.1149/1.3483520.{{cite news}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  5. ^ a b Wang, J. and Besnoin, E. and Knio, O. M. and Weihs, T. P. (2004). "Investigating the effect of applied pressure on reactive multilayer foil joining". Acta Materialia. Vol. 52, no. 18. pp. 5265–5274. doi:10.1016/j.actamat.2004.07.012.{{cite news}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  6. ^ Qiu, X. and Welch, D. and Christen, J. and Zhu, J. and Oiler, J. and Yu, C. and Wang, Z. and Yu, H. (2010). "Reactive nanolayers for physiologically compatible microsystem packaging". Journal of Materials Science: Materials in Electronics. Vol. 21, no. 6. pp. 562–566. doi:10.1007/s10854-009-9957-5.{{cite news}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)