BCB 鍵合層空洞對界面熱阻的影響

郭懷新,王瑞澤,吳立樞,孔月嬋,陳堂勝

(南京電子器件研究所 微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室,江蘇南京 210016)

隨著半導體器件向著系統化、集成化、大功率、小型化和多功能化方向發展,電子元器件的功率特性也急劇增大,進而元器件內部的熱流密度不斷增加,使元器件內部的工作溫度不斷升高,這種熱效應導致元器件的性能及可靠性嚴重下降。研究表明電子元器件約55%的失效與損壞主要是由電子元器件內部過熱及與熱相關的可靠性問題引起的。因此,元器件的散熱能力越發重要。晶圓級鍵合作為元器件封裝重要的環節,其鍵合質量和介質材料都嚴重影響著器件的散熱能力[1-5]。尤其中間層以粘結鍵合為主的硅-硅圓片級封裝的MEMS 器件中,芯片散熱路徑嚴重受中間粘結層的鍵合質量影響。在MEMS 圓片級封裝中,中間層粘結鍵合是通過介質層將兩硅片進行粘結,其中較為常用的方式有共晶鍵合和苯并環丁烯(Benzo-Cyclo-Butene,BCB)鍵合。BCB 材料具有低的介電常數和優良的熱學、化學、力學穩定性,可以實現硅襯底、玻璃襯底等多種材料基底間的有效鍵合,最重要的是BCB 材料對鍵合襯底表面粗糙度和平整度要求較低,已成為目前圓片級鍵合的常用有機粘結材料[2-10]。然而微機電系統的實際鍵合工藝比較復雜,在晶圓級鍵合過程中,受鍵合工藝、襯底表面形態及環境等因素的影響,界面層質量難以達到理想狀態,不可避免地出現因氣泡、雜質、應力等因素引起的空洞及缺陷情況,這些空洞及缺陷對界面的導熱起到極大的阻礙作用,對器件整體散熱造成較大影響[1,4-5,10-13]。……