芯片粘接工艺对MEMS性能影响单元库法模型.pdf

第 27 卷 　第 1 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 27 　No . 1 2006 年 1 月 C H IN ESE J OU RNAL O F SEM ICONDU C TOR S J an . ,2006 芯片粘接工艺对 MEMS 性能影响的 单元库法模型 宋 　竞 　黄庆安 　唐洁影 ( 东南大学 M EM S 教育部重点实验室 , 南京 　2 10096) 摘要 : 芯片粘接工艺引起的器件封装热失配会对 M EM S 器件的可靠性和性能产生显著影响. 常用 F EM 模拟在 分析此类问题时比较费时且缺乏明确的理论意义. 文中基于单元库法思路提出了该类问题的理论建模方法 ,并依 此举例分析了芯片粘接工艺中各可变参数对双端固支梁 p ullin 电压的影响 ,其结论与 An sy s 模拟结果一致. 该方 法简单准确 ,对 M EM S 的封装器件协同设计将有着实际的意义. 关键词 : M EM S 封装 ; 协同设计 ; 芯片粘接 ; 单元库法 ; st epup 锚区 EEACC : 0 170J ; 2575D 中图分类号 : TN 30594 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2006) 0 10 15606 出了优化设计的建议. 1 　前言 2 　基板模型 目前 M EM S 器件的封装尚未标准化 ,大部分仍 借用 IC 的封 装 方 案. 与 IC 不 同的是 , 大 多数 2 . 1 　基板模型的建立 M EM S 器件本质上对应力敏感 , 由封装引入的结构 应变将对 M EM S 器件的性能和可靠性产生显著的 图 1 是常规芯片粘接结构的二维模型. 从上至 影响 ,设计不当时甚至会破坏器件的正常工作. 芯片 下依次为芯片层 、粘接层和基板层. 现假设各层材料 粘接工艺是封装工艺的关键环节 ,其固有的工艺温 ν α 弹性模量 E 、泊松比 和热膨胀系数 均为各向同 度变化会引起封装器件热失配. 在器件结构中引入 性 ,结构线弹性小变形 ,且无分层 、断裂等可靠性故 附加 的热弹性应变和几何变形 , 会直接影 响到 ( 障 ,求解环境温度 由封装温度 回复到室温 变化 M EM S 器件的工作响应. 对于此类封装器件耦合 Δ ) ( ) T 后的芯片表面 即结构表面 的应变分布情况. 问题 ,Rabinovich [ 1 ] 首先提出了将整个封装系统分 解为器件单元和封装单元的协同设计思路 ,并将其 应用于 F EM 模拟分析. Kobrink sy[2 ] 在考察预应力 固支梁屈曲问题时进一步分解出了器件的锚区单 元. 这两者都采纳了单元库法的分析思路 ,但尚不够 完整. 其他的相关研究还包括各种具体封装器件的 整体 F EM 模拟[3 ] , 以及芯片粘贴结构热应变的实 验观测[4 ] 等. 这些模拟和实验的结论是全面而具体 图 1 　芯片粘接结构的二维模型 的 ,然而缺乏比较明确的理论