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Le secret du collage eutectique : comment obtenir des connexions à haute résistance à basse température ?
À l’ère actuelle du développement technologique rapide, la manière d’obtenir des connexions à haute résistance à basse température est devenue un défi majeur. La liaison eutectique, également connue sous le nom de soudure eutectique, est une technologie de liaison de plaquettes qui utilise une couche métallique intermédiaire pour former un système eutectique. La caractéristique de cette technologie est qu'elle permet de réaliser la transformation directe du solide au liquide ou du liquide au solide à une composition et une température spécifiques sans passer par le processus d'équilibre à deux phases, ce qui réduit considérablement les besoins en température. La forte connexion du le cercle ouvre une nouvelle porte.
La température de fusion d'un alliage eutectique peut souvent être inférieure aux points de fusion des deux éléments purs, ce qui est essentiel pour la liaison eutectique.
Selon les recherches, cette technologie a été appliquée avec succès au transfert de matériaux épitaxiaux tels que GaAs-AlGaAs sur des substrats de silicium depuis qu'elle a été rapportée par Venkatasubramanian et al. en 1992, et son application dans les cellules solaires a été vérifiée en 1994. . L'avantage du collage eutectique est qu'il permet d'obtenir un conditionnement hermétique et une interconnexion électrique en un seul processus, en particulier lorsque le processus est réalisé dans un environnement à basse température, ce qui induit moins de contraintes dans l'assemblage final, ce qui en fait une solution idéale dans le domaine de l'électronique. plan.
Pour obtenir une liaison eutectique efficace, plusieurs paramètres clés doivent être pris en compte, notamment la température de liaison, la durée et la pression de l'outil, qui ont chacun un impact sur la résistance et la fiabilité de la liaison finale.
Présentation de la liaison eutectique
Le principe de base de la liaison eutectique est que le silicium (Si) et divers métaux peuvent s'allier et former un système eutectique. Le silicium-or (Si-Au) et le silicium-aluminium (Si-Al) sont les formations eutectiques les plus courantes. Cette procédure de collage est généralement appliquée aux plaquettes de silicium ou de verre recouvertes de films Au/Al.
Le choix de l'alliage approprié dépend de la température de traitement et de la compatibilité des matériaux utilisés.
De plus, le collage eutectique présente moins de restrictions sur la rugosité et la planéité du substrat par rapport au collage direct, ce qui le rend plus flexible dans les applications pratiques. Par rapport à la liaison anodique, aucune haute tension n'est requise, ce qui est particulièrement important pour les systèmes micro-électromécaniques électrostatiques (MEMS). De manière plus avantageuse, par rapport au processus de liaison de la couche intermédiaire organique, la liaison eutectique peut favoriser plus efficacement la libération de gaz et améliorer les performances d'étanchéité.
Procédures d'exploitation
Prétraitement
L’étape critique pour une liaison eutectique réussie est la préparation de la surface. Avant la préparation, les couches d’oxyde sur la surface du silicium agissent comme une barrière de diffusion et doivent être éliminées pour favoriser une liaison solide. Les méthodes d’élimination courantes comprennent la gravure chimique humide (comme le nettoyage à l’acide fluorhydrique), la gravure chimique sèche et le dépôt chimique en phase vapeur. Dans certaines applications, il est également nécessaire de prétraiter la surface à l’aide de plasma d’hydrogène ou de gaz fluorés tels que le CF4.
Une autre façon d’assurer une bonne adhérence du métal eutectique à la plaquette de silicium est d’utiliser une couche d’adhérence. Ces fines couches métalliques intermédiaires sont capables d’adhérer efficacement à la couche d’oxyde et d’interagir avec le métal eutectique, favorisant ainsi la liaison à la couche sous-jacente.
Processus de liaison
Une fois le substrat prétraité, une mise en contact est immédiatement effectuée pour éviter que la couche d'oxyde ne repousse. Au cours du processus de collage, les substrats sont généralement placés dans une atmosphère réductrice d'hydrogène polaire et de flux de gaz inerte, ce qui favorise le contact métallique.
L’uniformité de la chaleur et de la pression dans l’ensemble de l’équipement est essentielle au succès de l’ancrage. Une fois les dopants en contact au niveau atomique, ils sont chauffés à la température eutectique, ce qui favorise la réaction entre les métaux, et soutenus par une pression mécanique appropriée.
Processus de refroidissement
Lorsque la température descend en dessous du point eutectique, le mélange de matériaux commence à se solidifier, formant généralement un film mince sur le substrat de silicium. La clé réside dans les paramètres de processus corrects pour éviter les fissures dues aux contraintes lors du refroidissement.
Utilisations potentiellesEn raison de sa force de liaison supérieure, la liaison eutectique est particulièrement adaptée à la fabrication de capteurs de pression ou de dispositifs fluidiques. La fabrication de capteurs et d’actionneurs micromécaniques permet le déploiement de fonctions électroniques ou mécaniques sur plusieurs wafers, ouvrant ainsi de nouveaux scénarios d’application.
Avec les progrès de la technologie, la liaison eutectique devient un élément indispensable de la fabrication de composants électroniques. À l’avenir, serons-nous capables de maîtriser véritablement cette technologie et de favoriser le développement de davantage d’innovations ?
