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Das Geheimnis des eutektischen Bindens: Wie erreicht man hochfeste Verbindungen bei niedrigen Temperaturen?
Im heutigen Zeitalter rasanter technologischer Entwicklung ist die Herstellung hochfester Verbindungen bei niedrigen Temperaturen zu einer zentralen Herausforderung geworden. Eutektische Bindung, auch als eutektisches Löten bekannt, ist eine Waferbond-Technologie, bei der eine Zwischenmetallschicht zur Bildung eines eutektischen Systems verwendet wird. Das Besondere an dieser Technologie ist, dass sie die direkte Umwandlung von fest zu flüssig oder von flüssig zu fest bei einer bestimmten Zusammensetzung und Temperatur realisieren kann, ohne den Zweiphasengleichgewichtsprozess zu durchlaufen, was den Temperaturbedarf erheblich reduziert. Die starke Verbindung der Kreis öffnet eine neue Tür.
Die Schmelztemperatur einer eutektischen Legierung kann oft niedriger sein als die Schmelzpunkte der beiden reinen Elemente, was für die eutektische Bindung entscheidend ist.
Forschungsergebnissen zufolge wurde diese Technologie seit der Veröffentlichung durch Venkatasubramanian et al. im Jahr 1992 erfolgreich eingesetzt, um epitaktische Materialien wie GaAs-AlGaAs auf Siliziumsubstrate zu übertragen. Ihre Anwendung in Solarzellen wurde 1994 weiter verifiziert. Leistung . Der Vorteil des eutektischen Bondens besteht darin, dass es hermetische Verpackung und elektrische Verbindung in einem einzigen Prozess erreichen kann, insbesondere wenn der Prozess in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, was weniger Spannung in der Endmontage verursacht, was es zu einer idealen Lösung macht im Bereich Elektronik. Plan.
Um eine effektive eutektische Bindung zu erreichen, müssen mehrere wichtige Parameter berücksichtigt werden, darunter Bindungstemperatur, Dauer und Werkzeugdruck, die sich jeweils auf die endgültige Bindungsstärke und Zuverlässigkeit auswirken.
Überblick über eutektische Bindung
Das Grundprinzip der eutektischen Bindung besteht darin, dass Silizium (Si) und verschiedene Metalle eine Legierung bilden und ein eutektisches System bilden können. Silizium-Gold (Si-Au) und Silizium-Aluminium (Si-Al) sind die häufigsten eutektischen Formationen. Dieses Bondverfahren wird üblicherweise auf Silizium- oder Glaswafer angewendet, die mit Au/Al-Filmen beschichtet sind.
Die richtige Legierungsauswahl hängt von der Verarbeitungstemperatur und der Verträglichkeit der verwendeten Materialien ab.
Darüber hinaus gibt es beim eutektischen Bonden im Vergleich zum Direktbonden weniger Einschränkungen hinsichtlich der Rauheit und Ebenheit des Substrats, was es in der praktischen Anwendung flexibler macht. Im Vergleich zum anodischen Bonden ist keine Hochspannung erforderlich, was insbesondere für elektrostatische mikroelektromechanische Systeme (MEMS) wichtig ist. Im Vergleich zum Bindungsprozess der organischen Zwischenschicht kann die eutektische Bindung die Gasfreisetzung wirksamer fördern und die Versiegelungsleistung verbessern.
Betriebsverfahren
Vorverarbeitung
Der entscheidende Schritt für eine erfolgreiche eutektische Bindung ist die Oberflächenvorbereitung. Vor der Vorbereitung wirken Oxidschichten auf der Siliziumoberfläche als Diffusionsbarriere und müssen entfernt werden, um eine starke Bindung zu ermöglichen. Zu den üblichen Entfernungsmethoden zählen das nasschemische Ätzen (wie etwa die Reinigung mit Flusssäure), das trockenchemische Ätzen und die chemische Gasphasenabscheidung. Bei manchen Anwendungen ist zudem eine Vorbehandlung der Oberfläche mittels Wasserstoffplasma oder fluorierten Gasen wie CF4 notwendig.
Eine weitere Möglichkeit, eine gute Haftung des eutektischen Metalls auf dem Silizium-Wafer sicherzustellen, ist die Verwendung einer Haftschicht. Diese dünnen Zwischenmetallschichten können effektiv an der Oxidschicht haften und mit dem eutektischen Metall interagieren, wodurch die Bindung mit der darunter liegenden Schicht gefördert wird.
Klebevorgang
Nach der Vorbehandlung des Substrats erfolgt unmittelbar die Kontaktierung, um ein erneutes Aufwachsen der Oxidschicht zu verhindern. Während des Bonding-Prozesses werden die Substrate üblicherweise in eine reduzierende Atmosphäre aus polarem Wasserstoff und einem Inertgasstrom gelegt, was den Metallkontakt fördert.
Die Gleichmäßigkeit von Hitze und Druck im gesamten Gerät ist für den Erfolg der Verankerung von entscheidender Bedeutung. Sobald die Dotierstoffe auf atomarer Ebene in Kontakt sind, werden sie auf die eutektische Temperatur erhitzt, was die Reaktion zwischen den Metallen fördert und durch entsprechenden mechanischen Druck unterstützt wird.
Kühlprozess
Wenn die Temperatur unter den eutektischen Punkt fällt, beginnt die Materialmischung zu erstarren und bildet normalerweise einen dünnen Film auf dem Siliziumsubstrat. Der Schlüssel liegt in den richtigen Prozessparametern, um Spannungsrisse beim Abkühlen zu verhindern.
Mögliche VerwendungenAufgrund der überlegenen Bindungsfestigkeit eignet sich das eutektische Kleben besonders gut für die Herstellung von Drucksensoren oder fluidischen Geräten. Die Herstellung mikromechanischer Sensoren und Aktoren ermöglicht die Bereitstellung elektronischer oder mechanischer Funktionen über mehrere Wafer hinweg und eröffnet damit neue Anwendungsszenarien.
Mit dem Fortschritt der Technologie wird das eutektische Binden zu einem unverzichtbaren Teil der Herstellung elektronischer Komponenten. Werden wir in Zukunft in der Lage sein, diese Technologie wirklich zu beherrschen und die Entwicklung weiterer Innovationen voranzutreiben?
