一种简化的芯片键合强度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种简化的芯片键合强度测量装置及方法，简化的芯片键合强度测量装置包括待测芯片、玻璃毛细管、传输光纤、压力接头、压力入口、底座、密封圈、外壳、密封胶。本发明专利技术提出的芯片键合强度测量方法包括以下步骤：第1、使用压力源对所述片键合强度测量装置施加适当的初始压力，并记录此时的光谱信息；第2、选择合适的加压步长，提高压力源对键合强度测量装置施加的压力值；第3、将压力源施加的压力值降为0，观察光谱仪显示是否仍有干涉信号；若仍有信号，重复第2步直到降下压力后光谱仪干涉信号消失；若无信号，则上一步中施加的压力值即为待测芯片键合后可承受的最大压力值，直接反映了芯片的键合强度。

Simplified chip bonding strength measuring device and method

The invention provides a device and a method of simplifying chip bonding strength measurement chip bonding simplified strength measuring device comprises a chip, glass capillary, transmission optical fiber, pressure and pressure, joint entrance base, sealing ring, shell, seal test. The invention provides a chip bonding strength measurement method comprises the following steps: first, the use of pressure source is applied to the initial pressure of proper bonding strength measuring device, and recording the spectral information at this time; second, select the appropriate step to improve the pressure, pressure source applied strong measurement device for the key pressure value; third, the pressure source pressure decreased to 0, the observation shows whether there is still interference spectrometer; if there is still a signal, repeat the second step down until the pressure signal disappears without interference spectrometer; signal pressure is a step in the applied value is the maximum pressure to be measured after the chip bonding can bear the value directly reflects the chip bonding strength.

【技术实现步骤摘要】
一种简化的芯片键合强度测量装置及方法
本专利技术涉及光纤传感领域，具体的说，是涉及一种简化的芯片键合强度测量装置及方法。
技术介绍
键合是半导体制造过程中一种不可或缺的技术，被广泛地运用于精密制造工艺特别是电子产品的机械及电气连接中。尤其是在微机电系统(MEMS)研发生产过程中，封装是最终确定其体积、寿命和成本的关键技术，而封装方法中最为重要的一类技术就是键合技术。因而键合结构的强度决定了MEMS系统的应用范围大小和使用寿命长短。正因如此，精确地测量芯片键合强度就显得尤为重要。到目前为止，针对芯片键合强度的测量，国内外科研人员提出了一些测量方法。如1988年，Maszara等(MaszaraWP,GoetzG,“Bondingofsiliconwaferforsilicon-on-insulator”.J.Appl.Phys.1988,64(10):4943-4950.)提出裂纹传播扩散法，通过将刀片插入键合位置并测量裂纹长度来测量键合强度。但是刀片插入通常是人工进行，刀片的插入速率、插入的方式、测量环境等因素都会影响测量结果。1990年，Charalambides等(CharalambidesPG,CaoHC,LundJ,EvansAG,“Devel-opmentofatestmethodformeasureingthemixedmodefrac-tureresisanceofbiomaterialinterfaces”.Mech.Mater.1990,8(4):269-283.)提出四点弯曲分层技术，通过底部两支点支撑、顶部两压力点施压的方法来测量键合强度。这种方法较裂纹传播扩散法更精确，但其测量范围受限，当退火温度达到900℃～1000℃后，键合强度就可能超出该方法的测量范围而导致无法测量。目前最常用的键合强度测量方法为直拉法，但其测量范围受到键合芯片与拉力手柄间粘合剂材质的限制，当键合强度大于粘合剂的粘黏度时，拉力手柄就会在待测芯片分裂之前与待测芯片脱离，从而导致无法测量。该方法通常使用环氧树脂作为粘合剂，所能测量的最大键合强度约为80MPa。同时，直拉法对测试设备的精度特别是拉力和键合界面间的垂直度、待测芯片上下两面粘接的同轴度和平行度要求很高，很难得到精确的测量结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种简化的芯片键合强度测量装置及方法，此外还提出了芯片键合强度测量系统及其测量方法，通过精确地测量法布里-珀罗腔的变化量，精确得到待测芯片裂开时的压强值，从而实现对芯片键合强度的测量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种简化的芯片键合强度测量装置，该装置包括待测芯片、玻璃毛细管、传输光纤、压力接头、压力入口、底座、密封圈、外壳和密封胶；其中：所述待测芯片经膜片和基底片键合制成，其中膜片作为弹性膜片感受压力，同时作为法布里-珀罗腔的第二个反射面；基底片表面中心腐蚀有微腔，微腔底部作为法布里-珀罗腔的第一个反射面，微腔的腐蚀深度决定法布里-珀罗腔的初始长度；所述待测芯片和玻璃毛细管间通过激光焊接方式连接；所述玻璃毛细管与底座之间通过密封胶密封连接；所述底座与压力接头间通过密封圈密封连接，外壳与压力接头通过螺纹配合并为底座提供支撑。所述待测芯片的键合方式包括阳极键合、共晶键合、热压键合、黏着键合、玻璃焊料键合和低温键合。所述待测芯片的底面形状包括圆形、矩形和多边形；所述玻璃毛细管的上端面形状与待测芯片的底面形状相契合；玻璃毛细管的材质为硼硅玻璃或熔融石英材料。传输光纤的种类包括单模光纤和多模光纤。一种简化的芯片键合强度测量装置的制作方法，包括以下步骤：(1)将待键合的膜片、基底片切割为所需形状；在基底片上腐蚀深度10～100μm的微腔，将膜片、基底片进行键合；(2)使用密封胶将玻璃毛细管与底座粘接为一体，制成芯片支撑结构；(3)将所述芯片支撑结构置于激光焊接设备中，令玻璃毛细管上端面与待测芯片下表面重合并紧密贴合，利用激光将两者焊为一体；(4)将切割好的传输光纤从玻璃毛细管底端插入，使传输光纤上端面与待测芯片下表面贴合；微调传输光纤位置并通过光谱仪观测干涉信号，待干涉信号最强时通过胶粘剂固定传输光纤位置；(5)在底座侧壁加装密封圈后，装配于压力接头后端的圆槽内；(6)拧上外壳，完成所述芯片键合强度测量装置的制作。一种简化的芯片键合强度测量装置组成的芯片键合强度测量系统，该系统包括白光光源、芯片键合强度测量装置、压力源、3dB耦合器、光谱仪和光纤，其中：所述白光光源发出的光耦合到光纤，经过一个3dB耦合器后，进入所述芯片键合强度测量装置并入射至待测芯片；经基底片与膜片反射后，带有腔长信息的反射光重新返回3dB耦合器，之后进入光谱仪，通过记录反射光的光谱信息可以计算出此时的腔长值；所述芯片键合强度测量装置安装在压力源的压力出口上。所述芯片键合强度测量系统的测量方法，包括以下步骤：(1)使用压力源对所述片键合强度测量装置施加初始压力，并记录此时的光谱信息；(2)选择加压步长，提高压力源对键合强度测量装置施加的压力值；(3)将压力源施加的压力值降为0，观察光谱仪显示是否有干涉信号：若有，重复步骤(2)直到降下压力后光谱仪干涉信号消失；若无，则上一步中施加的压力值即为待测芯片键合后可承受的最大压力值，反映了芯片的键合强度，同时通过记录的光谱数据可计算出上一步中所施加的压力值。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.本专利技术提出的芯片键合强度测量方法采用对芯片施加液体压力的方式进行测量，施加压力均匀，测量过程可控，且对系统的机械精度要求较低；通过多光束干涉原理对微小法布里-珀罗腔长进行测量，进一步提高了测量可靠性和精度。2.本专利技术提出的芯片键合强度测量方法可以用来测量包括阳极键合、共晶键合、热压键合、黏着键合、玻璃焊料键合、低温键合等在内的各种键合方式的键合强度；被测的芯片包括各种形状；可以测量键合芯片在各种介质中的短期、长期键合强度。附图说明图1是本专利技术芯片键合强度测量装置的结构示意图；图2是本专利技术中待测芯片的结构示意图；图3是本专利技术中芯片键合强度测量系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例测量过程中待测芯片的受力示意图；图5是本专利技术实施例中芯片键合强度测量系统的示意图；图6是本专利技术实施例中芯片键合强度测量系统得到的反射光谱图；附图标记：1、待测芯片，2、激光焊接点，4、压力接头，6、压力入口，8、导压液体，9、传输光纤，10、底座，11、密封圈，14、外壳，15、玻璃毛细管，16、密封胶，17、膜片，18、法布里-珀罗腔，19、基底片，20、白光光源，21、芯片键合强度测量装置，22、3dB耦合器，23、压力源，24、光谱仪，25、光纤，26、芯片键合位置，27、侧向压力，28、活塞式压力源具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述：实施例1：一种芯片键合强度测量装置的具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术芯片键合强度测量装置中，待测芯片1经膜片17和基底片19键合制成，其中膜片17作为弹性膜片感受压力，同时作为法布里-珀罗腔18的第二个反射面；基底片19上在键合之前即腐蚀有微腔，微腔底部作为法布里-珀罗腔18的第一个反射面，微腔的腐蚀深度决定了法布里-珀罗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种简化的芯片键合强度测量装置，其特征在于，该装置包括待测芯片(1)、玻璃毛细管(15)、传输光纤(9)、压力接头(4)、压力入口(6)、底座(10)、密封圈(11)、外壳(14)和密封胶(16)；其中：所述待测芯片(1)经膜片(17)和基底片(19)键合制成，其中膜片(17)作为弹性膜片感受压力，同时作为法布里‑珀罗腔(18)的第二个反射面；基底片(19)表面中心腐蚀有微腔，微腔底部作为法布里‑珀罗腔(18)的第一个反射面，微腔的腐蚀深度决定法布里‑珀罗腔(10)的初始长度；所述待测芯片(1)和玻璃毛细管(15)间通过激光焊接方式连接；所述玻璃毛细管(15)与底座(10)之间通过密封胶(16)密封连接；所述底座(10)与压力接头(4)间通过密封圈(11)密封连接，外壳(14)与压力接头(4)通过螺纹配合并为底座(10)提供支撑。

【技术特征摘要】
1.一种简化的芯片键合强度测量装置，其特征在于，该装置包括待测芯片(1)、玻璃毛细管(15)、传输光纤(9)、压力接头(4)、压力入口(6)、底座(10)、密封圈(11)、外壳(14)和密封胶(16)；其中：所述待测芯片(1)经膜片(17)和基底片(19)键合制成，其中膜片(17)作为弹性膜片感受压力，同时作为法布里-珀罗腔(18)的第二个反射面；基底片(19)表面中心腐蚀有微腔，微腔底部作为法布里-珀罗腔(18)的第一个反射面，微腔的腐蚀深度决定法布里-珀罗腔(10)的初始长度；所述待测芯片(1)和玻璃毛细管(15)间通过激光焊接方式连接；所述玻璃毛细管(15)与底座(10)之间通过密封胶(16)密封连接；所述底座(10)与压力接头(4)间通过密封圈(11)密封连接，外壳(14)与压力接头(4)通过螺纹配合并为底座(10)提供支撑。2.根据权利要求1所述一种简化的芯片键合强度测量装置，其特征在于，所述待测芯片(1)的键合方式包括阳极键合、共晶键合、热压键合、黏着键合、玻璃焊料键合和低温键合。3.如权利要求1或2所述一种简化的芯片键合强度测量装置，其特征在于，所述待测芯片(1)的底面形状包括圆形、矩形和多边形；所述玻璃毛细管(15)的上端面形状与待测芯片(1)的底面形状相契合；玻璃毛细管(15)的材质为硼硅玻璃或熔融石英材料。4.根据权利要求1所述一种简化的芯片键合强度测量装置，其特征在于，传输光纤(9)的种类包括单模光纤和多模光纤。5.根据权利要求1所述一种简化的芯片键合强度测量装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将待键合的膜片(17)、基底片(19)切割为所需形状；在基底片(19)上腐蚀深度10～100μm的微腔，将膜片(17)、基底片(19)进行键合；(2)使用密封胶(16)将玻璃毛细管(15)与底座(10)粘接为一体，制成芯片支撑结构；(3)将所述芯片支...

【专利技术属性】
技术研发人员：江俊峰，刘铁根，刘琨，王双，张伟航，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12