This paper reports on an LTCC-based packaging method using Au/Sn eutectic bonding process for RF MEMS applications. The proposed packaging structure was realized by a micromachining technology. An LTCC substrate consists of metal filled vertical via feedthroughs for electrical interconnection and Au/Sn sealing rim for eutectic bonding. The LTCC capping substrate and the glass bottom substrate were aligned and bonded together by a flip-chip bonding technology. From now on, shear strength and He leak rate will be measured then the fabricated package will be compared with the LTCC package using BCB adhesive bonding method which has been researched in our previous work.
Kim, Kyung-Seob;Lee, Suk;Kim, Heon-Hee;Yoon, Jun-Ho
Journal of Welding and Joining
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v.19
no.3
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pp.311-316
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2001
This paper presents that the affecting factors to the solderability and initial reliability. It is the factor that the coefficient of thermal expansion between package and PCB(Printed Circuit Board), the quantity of solder paste and reflow condition, and Au thickness of the solder ball pad on polyimide tape. As the reflow soldering condition for 48 ${\mu}BGA$ is changed, it is estimated that the quantity of Au diffusion at eutectic Sn-Pb solder surface and initial bonding strength of eutectic Sn-Pb solder and lead free solder. It is the result that quantitative measurement of Au diffusion quantity is difficult, but the shear strength of eutectic Sn-Pb solder joint is 842 mN at first reflow and increases 879 mN at third reflow. The major failure mode in solder is judged solder fracture. So, Au diffusion quantity is more affected by reflow temperature than by the reflow times.
This paper presents a novel MEMS condenser microphone with rigid backplate to enhance acoustic characteristics. The MEMS condenser microphone consists of membrane and backplate chips which are bonded together by gold-tin (Au/Sn) eutectic solder bonding. The membrane chip has 2.5 mm${\times}$2.5 mm, $0.5{\mu}m$ thick low stress silicon nitride membrane, 2 mm${\times}$2 mm Au/Ni/Cr membrane electrode, and $3{\mu}m$ thick Au/Sn layer. The backplate chip has 2 mm${\times}$2 mm, $150{\mu}m$ thick single crystal silicon rigid backplate, 1.8 mm${\times}$1.8 mm backplate electrode, and air gap, which is fabricated by bulk micromachining and silicon deep reactive ion etching. Slots and $50-60{\mu}m$ radius circular acoustic holes to reduce air damping are also formed in the backplate chip. The fabricated microphone sensitivity is $39.8{\mu}V/Pa$ (-88 dB re. 1 V/Pa) at 1 kHz and 28 V polarization voltage. The microphone shows flat frequency response within 1 dB between 20 Hz and 5 kHz.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.12
s.117
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pp.1272-1278
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2006
This paper presents a novel MEMS condenser microphone with rigid backplate to enhance acoustic characteristics. The MEMS condenser microphone consists of membrane and backplate chips which are bonded together by gold-tin(Au/Sn) eutectic solder bonding. The membrane chip has $2.5mm{\times}2.5mm$, 0.5${\mu}m$ thick low stress silicon nitride membrane, $2mm{\times}2mm$ Au/Ni/Cr membrane electrode, and 3${\mu}m$ thick Au/Sn layer. The backplate chip has $2mm{\times}2mm$, 150${\mu}m$ thick single crystal silicon rigid backplate, $1.8mm{\times}1.8mm$ backplate electrode, and air gap, which is fabricated by bulk micromachining and silicon deep reactive ion etching. Slots and $50{\sim}60{\mu}m$ radius circular acoustic holes to reduce air damping are also formed in the backplate chip. The fabricated microphone sensitivity is 39.8 ${\mu}V/Pa$(-88 dB re. 1 V/Pa) at 1 kHz and 28 V polarization voltage. The microphone shows flat frequency response within 1 dB between 20 Hz and 5 kHz.
Wang Qian;Kim Woonbae;Choa Sung-Hoon;Jung Kyudong;Hwang Junsik;Lee Moonchul;Moon Changyoul;Song Insang
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.12
no.3
s.36
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pp.197-205
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2005
Development of the packaging is one of the critical issues for commercialization of the RF-MEMS devices. RF MEMS package should be designed to have small size, hermetic protection, good RF performance and high reliability. In addition, packaging should be conducted at sufficiently low temperature. In this paper, a low temperature hermetic wafer level packaging scheme for the RF-MEMS devices is presented. For hermetic sealing, Au-Sn eutectic bonding technology at the temperature below $300{\times}C$ is used. Au-Sn multilayer metallization with a square loop of $70{\mu}m$ in width is performed. The electrical feed-through is achieved by the vertical through-hole via filled with electroplated Cu. The size of the MEMS Package is $1mm\times1mm\times700{\mu}m$. By applying $O_2$ plasma ashing and fabrication process optimization, we can achieve the void-free structure within the bonding interface as well as via hole. The shear strength and hermeticity of the package satisfy the requirements of MIL-STD-883F. Any organic gases or contamination are not observed inside the package. The total insertion loss for the packaging is 0.075 dB at 2 GHz. Furthermore, the robustness of the package is demonstrated by observing no performance degradation and physical damage of the package after several reliability tests.
A low loss radio frequency(RF) micro electro mechanical systems(MEMS) switch driven by a low actuation voltage was designed for the development of a new RF MEMS switch. The RF MEMS switch should be encapsulated. The glass cap and fabricated RF MEMS switch were assembled by the Au/Sn eutectic bonding principle for wafer-level packaging. The through-vias on the glass substrate was made by the glass dry etching and Au electroplating process. The packaged RF MEMS switch had an actuation voltage of 12.5 V, an insertion loss below 0.25 dB, a return loss above 16.6 dB, and an isolation value above 41.4 dB at 6 GHz.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.12
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pp.2217-2220
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2007
In this paper, we propose a new wafer level package (WLP) for the RF MEMS applications. The Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) are fabricated and hermetically packaged in a new wafer level packaging process. With the use of Au-Sn eutectic bonding method, we bonded glass cap and FBAR device wafer which has groove-shaped via formed in the backside. The device wafer includes a electrical bonding pad and groove-shaped via for connecting to the external bonding pad on the device wafer backside and a peripheral pad placed around the perimeter of the device for bonding the glass wafer and device wafer. The glass cap prevents the device from being exposed and ensures excellent mechanical and environmental protection. The frequency characteristics show that the change of bandwidth and frequency shift before and after bonding is less than 0.5 MHz. Two packaged devices, Tx and Rx filters, are attached to a printed circuit board, wire bonded, and encapsulated in plastic to form the duplexer. We have designed and built a low-cost, high performance, duplexer based on the FBARs and presented the results of performance and reliability test.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.11a
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pp.303-304
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2005
In this paper, we report a fluxless eutectic die bonding process which uses 80Au-20Sn eutectic alloy. The chip LEDs are picked and placed on silicon substrate wafers. The bonding process temperatures and force are $305\sim345^{\circ}C$ and 10$\sim$100gf, respectively. The bonding process was performed on graphite heater with nitrogen atmosphere. The quality of bonding are evaluated by shear test and thermal resistance. Results of fluxless eutectic die bonding show that shear strength is Max. 3.85kgf at 345$^{\circ}C$ /100gf and thermal resistance of junction to die bonding is Min. 3.09K/W at 325$^{\circ}C$/100gf.
Kim Hyun-Ho;Choi Sang-Hyun;Shin Sang-Hyun;Lee Young-Gi;Choi Seok-Moon;Oh Yong-Soo
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.12
no.4
s.37
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pp.331-338
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2005
The rapid advances in high power light sources and arrays as encountered in incandescent lamps have induced dramatic increases in die heat flux and power consumption at all levels of high power LED packaging. The lifetime of such devices and device arrays is determined by their temperature and thermal transients controlled by the powering and cooling, because they are usually operated under rough environmental conditions. The reliability of packaged electronics strongly depends on the die attach quality, because any void or a small delamination may cause instant temperature increase in the die, leading sooner or later to failure in the operation. Die attach materials have a key role in the thermal management of high power LED packages by providing the low thermal resistance between the heat generating LED chips and the heat dissipating heat slug. In this paper, thermal transient characteristics of die attach in high power LED package have been studied based on the thermal transient analysis using the evaluation of the structure function of the heat flow path. With high power LED packages fabricated by die attach materials such as Ag paste, solder paste and Au/Sn eutectic bonding, we have demonstrated characteristics such as cross-section analysis, shear test and visual inspection after shear test of die attach and how to detect die attach failures and to measure thermal resistance values of die attach in high power LED package. From the structure function oi the thermal transient characteristics, we could know the result that die attach quality of Au/Sn eutectic bonding presented the thermal resistance of about 3.5K/W. It was much better than those of Ag paste and solder paste presented the thermal resistance of about 11.5${\~}$14.2K/W and 4.4${\~}$4.6K/W, respectively.
The current study investigates the electroplating characteristics of Sn-Cu eutectic micro-bumps electroplated on a Si chip for flip chip application. Under bump metallization (UBM) layers consisting of Cr, Cu, Ni and Au sequentially from bottom to top with the aim of achieving Sn-Cu bumps $10\times10\times6$${\mu}m$ in size, with 20${\mu}m$ pitch. In order to determine optimal plating parameters, the polarization curve, current density and plating time were analyzed. Experimental results showed the equilibrium potential from the Sn-Cu polarization curve is -0.465 V, which is attained when Sn-Cu electro-deposition occurred. The thickness of the electroplated bumps increased with rising current density and plating time up to 20 mA/$cm^2$ and 30 min respectively. The near eutectic composition of the Sn-0.72wt%Cu bump was obtained by plating at 10 mA/$cm^2$ for 20 min, and the bump size at these conditions was $10\times10\times6$${\mu}m$. The shear strength of the eutectic Sn-Cu bump was 9.0 gf when the shearing tip height was 50% of the bump height.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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