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O segredo da ligação eutética: como obter conexões de alta resistência em baixas temperaturas?
Na era atual de rápido desenvolvimento tecnológico, como obter conexões de alta resistência em baixas temperaturas se tornou um grande desafio. A ligação eutética, também conhecida como soldagem eutética, é uma tecnologia de ligação de wafers que usa uma camada metálica intermediária para formar um sistema eutético. A característica desta tecnologia é que ela pode realizar a transformação direta de sólido para líquido ou de líquido para sólido em uma composição e temperatura específicas sem passar pelo processo de equilíbrio de duas fases, o que reduz muito a necessidade de temperatura. A forte conexão do o círculo abre uma nova porta.
A temperatura de fusão de uma liga eutética pode frequentemente ser menor que os pontos de fusão dos dois elementos puros, o que é crítico para a ligação eutética.
De acordo com pesquisas, esta tecnologia tem sido aplicada com sucesso para transferir materiais epitaxiais como GaAs-AlGaAs para substratos de silício desde que foi relatada por Venkatasubramanian et al. em 1992, e sua aplicação em células solares foi verificada posteriormente em 1994. desempenho . A vantagem da colagem eutética é que ela pode atingir empacotamento hermético e interconexão elétrica em um processo único, especialmente quando o processo é realizado em um ambiente de baixa temperatura, o que induz menos estresse na montagem final, tornando-se uma solução ideal na área de eletrônica. plano.
Para obter uma ligação eutética eficaz, vários parâmetros importantes devem ser considerados, incluindo temperatura de ligação, duração e pressão da ferramenta, cada um dos quais tem um impacto na resistência e confiabilidade da ligação final.
Visão geral da ligação eutética
O princípio básico da ligação eutética é que o silício (Si) e vários metais podem se ligar e formar um sistema eutético. Silício-ouro (Si-Au) e silício-alumínio (Si-Al) são as formações eutéticas mais comuns. Esse procedimento de ligação geralmente é aplicado a pastilhas de silício ou vidro revestidas com filmes de Au/Al.
A seleção correta da liga depende da temperatura de processamento e da compatibilidade dos materiais utilizados.
Além disso, a colagem eutética tem menos restrições quanto à rugosidade e planicidade do substrato em comparação à colagem direta, o que a torna mais flexível em aplicações práticas. Comparado à ligação anódica, nenhuma alta tensão é necessária, o que é particularmente importante para sistemas microeletromecânicos eletrostáticos (MEMS). Mais vantajosamente, em comparação com o processo de colagem da camada intermediária orgânica, a colagem eutética pode promover de forma mais eficaz a liberação de gás e melhorar o desempenho da vedação.
Procedimentos de operação
Pré-processamento
A etapa crítica para uma ligação eutética bem-sucedida é a preparação da superfície. Antes da preparação, as camadas de óxido na superfície do silício atuam como uma barreira de difusão e devem ser removidas para promover uma ligação forte. Os métodos comuns de remoção incluem corrosão química úmida (como limpeza com ácido fluorídrico), corrosão química seca e deposição química de vapor. Em algumas aplicações, também é necessário pré-tratar a superfície usando plasma de hidrogênio ou gases fluorados, como CF4.
Outra maneira de garantir uma boa adesão do metal eutético à pastilha de silício é usar uma camada de adesão. Essas finas camadas intermediárias de metal são capazes de aderir efetivamente à camada de óxido e interagir com o metal eutético, promovendo assim a ligação à camada subjacente.
Processo de ligação
Após o pré-tratamento do substrato, o contato é realizado imediatamente para evitar que a camada de óxido cresça novamente. Durante o processo de ligação, os substratos geralmente são colocados em uma atmosfera redutora de hidrogênio polar e fluxo de gás inerte, o que ajuda a promover o contato do metal.
A uniformidade de calor e pressão em todo o equipamento é fundamental para o sucesso da ancoragem. Uma vez que os dopantes entram em contato no nível atômico, eles são aquecidos até a temperatura eutética, que promove a reação entre os metais, e suportados por pressão mecânica apropriada.
Processo de resfriamento
À medida que a temperatura cai abaixo do ponto eutético, a mistura de materiais começa a solidificar, normalmente formando uma película fina no substrato de silício. A chave está nos parâmetros corretos do processo para evitar rachaduras induzidas por estresse durante o resfriamento.
Usos potenciaisDevido à sua resistência de ligação superior, a ligação eutética é particularmente adequada para a fabricação de sensores de pressão ou dispositivos fluídicos. A fabricação de sensores e atuadores micromecânicos permite a implantação de funções eletrônicas ou mecânicas em vários wafers, abrindo novos cenários de aplicação.
Com o avanço da tecnologia, a ligação eutética está se tornando uma parte indispensável da fabricação de componentes eletrônicos. No futuro, seremos capazes de realmente dominar essa tecnologia e promover o desenvolvimento de mais inovações?
