Waferbonden ist eine Verpackungstechnologie auf Wafer -Ebene zur Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), nanoelektromechanischen Systemen (NEMS), Mikroelektronik und Optoelektronik . Sie gewährleistet eine mechanisch stabile und hermetisch dichte Verkapselung. Der Waferdurchmesser reicht von 100 mm bis 200 mm (4 Zoll bis 8 Zoll) für MEMS/NEMS und bis zu 300 mm (12 Zoll) für die Produktion mikroelektronischer Bauelemente. In den Anfängen der Mikroelektronikindustrie wurden kleinere Wafer verwendet; in den 1950er-Jahren hatten Wafer einen Durchmesser von nur 1 Zoll.

Überblick

In mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) und nanoelektromechanischen Systemen (NEMS) schützt das Gehäuse die empfindlichen internen Strukturen vor Umwelteinflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit, hohem Druck und oxidierenden Substanzen. Die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit der Funktionselemente hängen ebenso wie die Gesamtkosten des Bauelements vom Verkapselungsprozess ab. [ 1 ] Das Gehäuse muss folgende Anforderungen erfüllen: [ 2 ]

  • Schutz vor Umwelteinflüssen
  • Wärmeableitung
  • Integration von Elementen mit unterschiedlichen Technologien
  • Kompatibilität mit der umgebenden Peripherie
  • Aufrechterhaltung des Energie- und Informationsflusses

Techniken

Die gängigen und weiterentwickelten Klebeverfahren sind folgende:

Anforderungen

Für das Bonden von Wafern sind spezifische Umgebungsbedingungen erforderlich, die im Allgemeinen wie folgt definiert werden können: [ 3 ]

  1. Substratoberfläche
    • Ebenheit
    • Glätte
    • Sauberkeit
  2. Bindungsumfeld
    • Bindungstemperatur
    • Umgebungsdruck
    • angewandte Kraft
  3. Materialien
    • Substratmaterialien
    • Zwischenschichtmaterialien

Die tatsächliche Verbindung ist das Ergebnis des Zusammenspiels all dieser Bedingungen und Anforderungen. Daher muss die angewandte Technologie in Bezug auf das jeweilige Substrat und die definierten Spezifikationen wie maximal zulässige Temperatur, mechanischen Druck oder gewünschte Gasatmosphäre ausgewählt werden.

Auswertung

Die gebondeten Wafer werden charakterisiert, um die Ausbeute, die Bondfestigkeit und den Grad der Hermetizität einer Technologie zu bewerten – sei es für gefertigte Bauelemente oder zur Prozessentwicklung. Daher haben sich verschiedene Ansätze zur Bondcharakterisierung herausgebildet. Zum einen werden neben zerstörenden Verfahren zur Bestimmung der Bondfestigkeit, wie Zug- oder Scherversuchen, zerstörungsfreie optische Methoden zur Erkennung von Rissen oder Grenzflächenporen eingesetzt. Zum anderen werden die besonderen Eigenschaften sorgfältig ausgewählter Gase oder das druckabhängige Schwingungsverhalten von Mikroresonatoren für Hermetizitätsprüfungen genutzt.

Referenzen

  1. ^ S.-H. Choa (2005). „Zuverlässigkeit von MEMS-Gehäusen: Vakuumwartung und gehäuseinduzierte Spannungen“ . Microsyst. Technol . 11 (11): 1187–1196 . doi : 10.1007/s00542-005-0603-8 .
  2. ^ T. Gessner, T. Otto, M. Wiemer und J. Frömel (2005). „Waferbonding in der Mikromechanik und Mikroelektronik – ein Überblick“ . The World of Electronic Packaging and System Integration . S.  307–313 .
  3. ^ A. Plössl und G. Kräuter (1999). „Wafer direct bonding: tailoring adhesion between brittle materials“. Materials Science and Engineering . 25 ( 1–2 ): 1–88 . doi : 10.1016/S0927-796X(98)00017-5 .

Weiterführende Literatur

  • Peter Ramm, James Lu, Maaike Taklo (Hrsg.), Handbuch der Wafer-Bonding-Technik , Wiley-VCH, ISBN 3-527-32646-4Die