Wafer level packaging of MEMS devices using microalloyed lead-free solders
Mikroalaşımlanmış kurşunsuz lehimler kullanılarak MEMS cihazlarının pul seviyesinde paketlenmesi
- Tez No: 846988
- Danışmanlar: PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
MEMS cihazlarının büyüyen popüleritesi paketleme metotları ve süreçlerini gerekli hale getirmektedir. Paketleme ve masrafların düşürülmesine duyulan ihtiyaç, pulseviyesi paketleme yöntemlerinin mikrobolometre, rezonatör, ve mikroayna gibi birçok alanda daha ilgi çekici hale gelmesine sebep olmakta. Cu-In-Sn alaşımı, TLP kullanarak yapılan pul-seviyesi paketleme metotları içerisinde düşük bağlama sıcaklığı ile öne çıkan bir sistemdir. Üçlü alaşım sistemi yüksek bağlama sıcaklığı ve boşluk oluşumu gibi ikili alaşım problemlerini çözüm sunmaktadır. In-Sn ötektik kombinasyonu ile 200°C derece altında bağlama mümkün hale gelmektedir. Termal streslerin azaltılması ve düşük sıcaklıkta bağlama yapılabilmesi Cu-In- Sn alaşımını CMOS paketlenmesi için aday bir sistem yapmaktadır. Bu bağlamda Cu-In-Sn alaşımının pul-seviyesi paketleme için uygulanabilirliği değerlendirilmiştir. Bu çalışmada Cu-In-Sn bağlama sistemi olarak detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bağlama yöntemi başarılı sonuçlar vermiştir. Bakır saçtırma, kalay ve indiyum termal buharlaştırma yöntemi ile hem cihaz hem de kapak diskleri kaplanmıştır. 200°C ve 250°C'de gerçekleştirilen bağlamalar yetersiz sonuçlar göstermiştir. Isıl işlem sonrası gerçekleştirilen incelemelerde sıcaklık gibi doğru olmayan süreç parametrelerinin yavaş difüzyon mekanizmasını tetiklediği tespit edilmiştir. Süreç geliştirmelerinden sonra 200 ve 350°C arasında deneyler tekrar edilmiş olup, mekanik özellikler ve tekrar erime sıcaklıkları detaylı bir ¸sekilde incelenmiştir.Erime sıcaklığı 550°C'tan yüksek olan paketler 250 ve 350°C'ta yapılan paketlemeler sonucu elde edilmiştir. Yükselen bağlama sıcaklığı ile mekanik mukavemeti daha yüksek paketler elde edildiği gözlenmiştir. 250°C'de gerçekleştirelen bağlama sonucu ortalama kesme dayancı 8.5 MPa, 350°C'de ise ortalama kesme dayancı 19.1 MPa olarak tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The growing popularity of MEMS devices makes packaging methods and processes essential. The need for packaging and lower costs push wafer-level packaging to be more appealing for several applications such as microbolometers, resonators, and micromirrors. Cu-In-Sn gains attraction among various wafer-level packaging methods. due to its low bonding temperature compared to other transient liquid phase bonding systems. Ternary alloy allows improvement upon the lacking aspects of binary TLP bonding. Bonding at temperatures below 200°C becomes possible with the combination of In-Sn. Reducing the thermal stress and combining with low temperature bonding makes Cu-In-Sn system suitable candidate for CMOS packaging. In this regard, the applicability of the system was studied in this thesis for wafer-level packaging. Throughout this study, the possibility of Cu-In-Sn bonding has been examined in detail. Bonding methods showed promising results. Sputtered Cu and thermally evaporated Sn and In layers were used on both device and cap wafers. Bonding attempts at 200°C and 250°C yielded inadequate outcomes. Examination after annealing revealed that sluggish diffusion due to incorrect processing parameters were the reason, such as bonding temperature. Process optimizations were performed and the resulting mechanical properties and final melting temperatures of wafers bonded between 200-350°C were investigated in detail. Bonds that have melting temperatures up to and higher than 550°C were obtained with bonding procedures that take place at 250°C and 350°C. It was observed that bonding at higher temperatures yielded higher mechanical strength. An average shear strength of 19.1 MPa was obtained when processed at 350°C and an average shear strength of 8.5°C was obtained with a processing temperature of 250°C.
Benzer Tezler
- Development of wafer-level vacuum packaging for MEMS devices with transient liquid phase (TLP) bonding: A combinatorial approach
MEMS aygıtlarının geçici sıvı faz bağlama yöntemi ile disk seviyesinde vakum paketlenmesinin kombinatoryal yaklaşım ile geliştirilmesi
ÖZGÜN YURDAKUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
- Investigation of solder materials and bond formation for wafer level packaging of MEMS devices
MEMS aygıtlarının disk seviyesinde paketleme işlemi için bağ malzemelerinin ve bağ oluşumunun incelenmesi
OĞUZHAN TEMEL
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY
- Al-Ge eutectic bonding for wafer-level vacuum packaging of mems devices
Mems aygıtlarının Al-Ge ötektik bağlama yöntemi ile disk seviyesinde vakum paketlenmesi
BEKİR GÜREL DİMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
- Wafer level vacuum packaging of MEMS sensors and resonators
MEMS sensör ve rezonatörler için pul seviyesinde vakum paketleme
MUSTAFA MERT TORUNBALCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
PROF. DR. MEHMET ALİ SAHİR ARIKAN
- Bonding material development at wafer level vacuum packaging for mems devices by transient liquid phase (tlp) method
Mikro elektronik ve mekanik sistemler için geçici sıvı faz yöntemi ile vakum altında silikon disk boyutunda baglama malzemesi geliştirme
EYÜP CAN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY
PROF. DR. TAYFUN AKIN