A pressure sensor for high temperature was fabricated by using a SDB(Silicon-Direct-Bonding) wafer with a Si/$SiO_{2}$/ Si structure. High pressure sensitivity was shown from the sensor using a single crystal silicon of the first layer as a piezoresistive layer. It also was made feasible to use under the high temperature as of over $120^{\circ}C$, which is generally known as the critical temperature for the general silicon sensor, by isolating the piezoresistive layer dielectrically and thermally from the silicon substrate with a silicon dioxide layer of the second layer. The pressure sensor fabricated in this research showed very high sensitivity as of $183.6{\mu}V/V{\cdot}kPa$, and its characteristics also showed an excellent linearity with low hysteresis. This sensor was usable up to the high temperature range of $300^{\circ}C$.
In this study, We developed a simple and low cost capacitive pressure mapping sensor and microcontroller-base lock-in amplifier array. We developed capacitive type pressure mapping sensor by forming the electrode and adhesives on plastic films using only the printing process, and the finishing the process by bonding the two films. Lock-in amplifier array was based on a general purpose microcontroller and had only a charge amplifier as analog circuits. In this study, a $10{\times}10$ capacitive type pressure mapping sensor and lock-in amplifier array was fabricated and its characteristics were analyzed.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.102-102
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2018
Electronic industry had required the finer size and the higher performance of the device. Therefore, 3-D die stacking technology such as TSV (through silicon via) and micro-bump had been used. Moreover, by the development of the 3-D die stacking technology, 3-D structure such as chip to chip (c2c) and chip to wafer (c2w) had become practicable. These technologies led to the appearance of HBM (high bandwidth memory). HBM was type of the memory, which is composed of several stacked layers of the memory chips. Each memory chips were connected by TSV and micro-bump. Thus, HBM had lower RC delay and higher performance of data processing than the conventional memory. Moreover, due to the development of the IT industry such as, AI (artificial intelligence), IOT (internet of things), and VR (virtual reality), the lower pitch size and the higher density were required to micro-electronics. Particularly, to obtain the fine pitch, some of the method such as copper pillar, nickel diffusion barrier, and tin-silver or tin-silver-copper based bump had been utillized. TCB (thermal compression bonding) and reflow process (thermal aging) were conventional method to bond between tin-silver or tin-silver-copper caps in the temperature range of 200 to 300 degrees. However, because of tin overflow which caused by higher operating temperature than melting point of Tin ($232^{\circ}C$), there would be the danger of bump bridge failure in fine-pitch bonding. Furthermore, regulating the phase of IMC (intermetallic compound) which was located between nickel diffusion barrier and bump, had a lot of problems. For example, an excess of kirkendall void which provides site of brittle fracture occurs at IMC layer after reflow process. The essential solution to reduce the difficulty of bump bonding process is copper to copper direct bonding below $300^{\circ}C$. In this study, in order to improve the problem of bump bonding process, copper to copper direct bonding was performed below $300^{\circ}C$. The driving force of bonding was the self-annealing properties of electrodeposited Cu with high defect density. The self-annealing property originated in high defect density and non-equilibrium grain boundaries at the triple junction. The electrodeposited Cu at high current density and low bath temperature was fabricated by electroplating on copper deposited silicon wafer. The copper-copper bonding experiments was conducted using thermal pressing machine. The condition of investigation such as thermal parameter and pressure parameter were varied to acquire proper bonded specimens. The bonded interface was characterized by SEM (scanning electron microscope) and OM (optical microscope). The density of grain boundary and defects were examined by TEM (transmission electron microscopy).
Wan-Geun Lee;Kwang-Seong Choi;Yong-Sung Eom;Jong-Hyun Lee
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.30
no.4
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pp.98-104
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2023
The feasibility of an efficient process proposed for Cu-Cu flip-chip bonding was evaluated by forming a porous Cu layer on Cu pillar and conducting thermo-compression sinter-bonding after the infiltration of a reducing agent. The porous Cu layers on Cu pillars were manufactured through a three-step process of Zn plating-heat treatment-Zn selective etching. The average thickness of the formed porous Cu layer was approximately 2.3 ㎛. The flip-chip bonding was accomplished after infiltrating reducing solvent into porous Cu layer and pre-heating, and the layers were finally conducted into sintered joints through thermo-compression. With reduction behavior of Cu oxides and suppression of additional oxidation by the solvent, the porous Cu layer densified to thickness of approximately 1.1 ㎛ during the thermo-compression, and the Cu-Cu flip-chip bonding was eventually completed. As a result, a shear strength of approximately 11.2 MPa could be achieved after the bonding for 5 min under a pressure of 10 MPa at 300 ℃ in air. Because that was a result of partial bonding by only about 50% of the pillars, it was anticipated that a shear strength of 20 MPa or more could easily be obtained if all the pillars were induced to bond through process optimization.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.36
no.6
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pp.583-591
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2012
This study selected three model designs used for air injection type welding clothes designed for insulation purposes and analyzed the performance of each design. The bending characteristics were analyzed in order to identify the flexibility of the welded areas; subsequently, the seam breaking strength and water pressure resistance were analyzed to identify the bonding strength. In addition, two types of waterproof fabric, polyurethane (PU) coated 2 layer and PU laminated 2 layer fabrics, were used for a performance analysis, according to fabric processing specifications. The circle type showed the highest flexibility in the terms of bending characteristics that influence wearability and were followed by the wave and the straight type. In terms of breaking strength, the straight type showed the highest breaking strength, followed by the wave and the circle type. The water pressure resistance analysis found that the wave type was superior to the straight type in terms of water pressure resistance. The wave type is deemed to be a design type suitable for maximizing performance, provided that the issue of stabilization in the welding production process is addressed. Looking at the bending characteristics of waterproof fabric for each specification, the laminating waterproof cloth outperformed the coated waterproof cloth in terms of flexibility. However, in terms of seam breaking strength, the coated waterproof cloth outperformed the laminated cloth. In contrast, the water pressure resistance of the laminated waterproof fabric was found to be higher than the coated waterproof fabric, leading to the conclusion that the bonding strength of the laminated waterproof fabric is higher than that of the coated waterproof fabric based on the assumption of injecting air.
This paper has been described a process technology for the fabrication of Si-on-insulator(SOI) transducers and circuits. The technology utilizes Si-wafer direct bonding(SDB) and mechanical-chemical(M-C) local polishing to create a SOI structure with a high-qualify, uniformly thin layer of single-crystal Si. The electrical and piezoresistive properties of the resultant thin SOI films have been investigated by SOI MOSFET's and cantilever beams, and confirmed comparable to those of bulk Si. Two kinds of pressure transducers using a SOI structure have been proposed. The shifts in sensitivity and offset voltage of the implemented pressure transducers using interfacial $SiO_{2}$ films as the dielectrical isolation layer of piezoresistors were less than -0.2% and +0.15%, respectively, in the temperature range from $-20^{\circ}C$ to $+350^{\circ}C$. In the case of pressure transducers using interfacial $SiO_{2}$ films as an etch-stop layer during the fabrication of thin Si membranes, the pressure sensitivity variation can be controlled to within a standard deviation of ${\pm}2.3%$ from wafer to wafer. From these results, the developed SDB process and the resultant SOI films will offer significant advantages in the fabrication of integrated microtransducers and circuits.
The formation of the graphite spherulites has been studied experimentally in the Ni-C liquid under high pressure and temperature. In the diamond-stable region the graphite spherulites were formed and grew stably. They were not the polycrystalline particles but the single crystals of the fullerene-type, respectively, grown spirally with much imperfection. And they were proved to be in a mixture state of carbon atoms with $sp^2$- and $sp^3$-bonding by an Auger electron spectroscope and a high resolution transmission electron microscope. As the pressure decreased from the diamond-stable region to the graphite-stable region, the shape of the graphite particles changed gradually from the sphere to the flaky shape. The formation of the graphite spherulites was attributed to the stable existence of the carbon atoms with $sp^3$ bonding in the diamond-stable region. The formation of the large fullerene-type graphite spherulites with much imperfection is well agreed with Kroto's prediction for growth of the giant fullerene.
This study investigated the effect of bonding temperature and holding time on microstructures and mechanical properties of diffusion bonded joint of Haynes230. The diffusion bonds were performed at the temperature of 950, 1050, and $1150^{\circ}C$ for holding times of 30, 60, 120 and 240 minutes at a pressure of 4MPa under high vacuum condition. The amount of non-bonded area and void observed in the bonded interface decreased with increasing bonding temperature and holding time. Cr-rich precipitates at the linear interface region restrained grain migration at $950^{\circ}C$ and $1050^{\circ}C$. However, the grain migration was observed in spite of short holding time due to the dissolution of precipitates to base metal in the interface region at $1150^{\circ}C$. Three types of the fracture surface were observed after tensile test. The region where the coalesce and migration of grain occurred much showed high fracture load because of base metal fracture whereas the region where those did less due to the precipitates demonstrated low fracture load because of interface fracture. The expected fracture load could be derived with the value of fracture area of base metal ($A_{BF}$) and interface ($A_{IF}$), $Load=201A_{BF}+153A_{IF}$. Based on this equation, strength of base metal and interface fracture were calculated as 201MPa and 153MPa, respectively.
Park, Gil-Soo;Seo, Sang-Won;Choi, Woo-Beom;Kim, Jin-Sang;Nahm, Sahn;Lee, Jong-Heun;Ju, Byeong-Kwon
Journal of Sensor Science and Technology
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v.15
no.1
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pp.58-64
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2006
In this study, we describe a low-temperature wafer-level thermocompression bonding using electroplated gold seal line and bonding pads by electroplating method for RF-MEMS devices. Silicon wafers, electroplated with gold (Au), were completely bonded at $320^{\circ}C$ for 30 min at a pressure of 2.5 MPa. The through-hole interconnection between the packaged devices and external terminal did not need metal filling process and was made by gold films deposited on the sidewall of the throughhole. This process was low-cost and short in duration. Helium leak rate, which is measured to evaluate the reliability of bonded wafers, was $2.7{\pm}0.614{\times}10^{-10}Pam^{3}/s$. The insertion loss of the CPW packaged was $-0.069{\sim}-0.085\;dB$. The difference of the insertion loss between the unpackaged and packaged CPW was less than -0.03. These values show very good RF characteristics of the packaging. Therefore, gold thermocompression bonding can be applied to high quality hermetic wafer level packaging of RF-MEMS devices.
This study was performed to observe the micro-structure change of surface, behavior of oxide change of element, the component transformation of the alloy and the bonding strength between the porcelain interface in order to investigate effects of indium, tin on interfacial properties of porcelain fused to low gold alloy. Hardness of castings was measured with a micro-Vicker's hardness tester. The compositional change of the surface of heat-treated specimen was analyzed with an EDS and an EPMA. The interfacial shear bonding strength between alloy specimen and fused porcelain was measured with a mechanical testing system(MTS 858.20). The results were as follows: 1) The hardness value of alloy increased as increasing amount of indium addition. 2) The formation of oxidation increased as increasing indium and tin contents after heat treatment. 3) Diffusion of indium and tin elements increased as increasing indium and tin contents in metal-porcelain surface after porcelain fused to metal firing. 4) The most interfacial shear bonding strength was increased as increasing a composition of adding elements, and a heat-treatment time, and an oxygen partial pressure. From the results of this study it was found that the addition of alloying elements such as indium and tin increase hardness of as-cast alloy, produce surface oxide layer of adding elements by heat-treatment which may improve interfacial bonding strength between alloy and porcelain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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