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.
A new wafer level packaging scheme is presented as an alternative to MEMS package. The proof-of-concept structure is fabricated and evaluated to confirm the feasibility of the idea for MEMS wafer level packaging. The scheme of this work is developed using an electroplated tin (Sn) solder. The critical difference over conventional ones is that wafers are laterally bonded by solder reflow after LEGO-like assembly. This lateral bonding scheme has merits basically in morphological insensitivity and its better bonding strength over conventional ones and also enables not only the hermetic sealing but also its electrical interconnection solving an open-circuit problem by notching through via-hole. The bonding strength of the lateral bonding is over 30 Mpa as evaluated under shear and the hermeticity of the encapsulation is 2.0$\times10^{-9}$mbar.$l$/sec as examined by pressurized Helium leak rate. Results show that the new scheme is feasible and could be an alternative method for high yield wafer level packaging.
본 논문에서는 웨이퍼 레벨 기술을 이용한 CIS용 폴리머 접합 기술을 연구하고 접합 후의 warpage 분석과 개별 패키지의 신뢰성 테스트를 수행하였다. 균일한 접합 높이를 유지하기 위하여 glass 웨이퍼 상에 dam을 형성하고 접합용 폴리머 층을 patterning하여 Si과 glass 웨이퍼의 접합 테스트를 수행하였다. Si 웨이퍼의 접합온도, 접합 압력 그리고 접합 층이 낮을수록 warpage 결과가 감소하였으며 접합시간과 승온 시간이 짧을수록 warpage 결과가 증가하는 것을 확인하였다. 접합 된 웨이퍼를 dicing 하여 각 개별 칩 단위로 TC, HTC, Humidity soak의 신뢰성 테스트를 수행하였으며 warpage 결과가 패키지의 신뢰성 결과에 미치는 영향은 미비한 것으로 확인되었다.
3D 적층 IC 개발을 위한 본딩 기술의 현황에 대해 알아보았다. 실리콘 웨이퍼를 본딩하여 적층한 후 배선 공정을 진행하는 wafer direct bonding 기술보다는 배선 및 금속 범프를 먼저 형성한 후 금속 본딩을 통해 웨이퍼를 적층하는 공정이 주로 연구되고 있다. 일반적인 Cu 열압착 본딩 방식은 높은 온도와 압력을 필요로 하기 때문에 공정온도와 압력을 낮추기 위한 연구가 많이 진행되고 있으며, 그 가운데서 Ar 빔을 조사하여 표면을 활성화 시키는 SAB 방식과 실리콘 산화층과 Cu를 동시에 본딩하는 DBI 방식이 큰 주목을 받고 있다. 국내에서는 Cu 열압착 방식을 이용한 웨이퍼 레벨 적층 기술이 현재 개발 중에 있다.
MEMS 소자의 Wafer level Package 관련하여 Deep cavity를 가진 Cap Wafer와 Polymer bonding 중 cavity 단차로 인한 Polymer Patterning 및 접합 불량의 어려움을 극복할 수 있는 새로운 공정 flow를 제안하였다. Cavity를 형성할 때 사용하는 Si deep etching Mask인 기존의 Photoresist를 접합용 감광성 Polymer로 대체하고, cavity 형성 후, 별도의 추가 공정 없이 이 Polymer를 이용해 Wafer bonding을 진행하였다. 이를 통해 cavity 단차에 따른 문제를 해결함과 동시에 공정이 단순하고 제작 비용이 저렴하며, 신뢰성 있는 Wafer level Package를 구현하였다.
We present the design and strength evaluation of an anodically bonded pressurized cavity array, based on the energy release rate measured from the anodically bonded plates of two dissimilar materials. From a theoretical analysis, a simple fracture mechanics model of the pressurized cavity array has been developed. The energy release rate (ERR) of the bonded cavity with an infinite bonding length has been derived in terms of cavity pressure, cavity size, bonding length, plate size and material properties. The ERR with a finite bonding length has been evaluated from the finite element analysis performed for varying cavity and plate sizes. It is found that, for an inter-cavity bonding length greater than the half of the cavity length, the bonding strength of cavity array approaches to that of the infinite plate. For a shorter bonding length, however, the bonding strength of the cavity array is monotonically decreased with the ratio of the bonding length to the cavity length. The critical ERR of 6.21J/㎡ has been measured from anodically bonded silicon-glass plates. A set of critical pressure curves has been generated for varying cavity array sizes, and a design method of the pressurized cavity array has been developed for the failure-free wafer-level packaging of MEMS devices.
High-power devices, such as LEDs and radars, inevitably generate a large amount of heat, which is the main cause of shortening lifespan, deterioration in performance, and failure of electronic devices. The embedded IC process can be a solution; however, when applied to large-area substrates (larger than 8 in), there is a limit owing to the difficulty in the process after wafer thinning. In this study, an 8-in wafer-level high-power electronic package based on the embedded IC process was implemented with temporary bonding and debonding technology using double-sided thermal release tape. Good heat-dissipation characteristics were demonstrated both theoretically and experimentally. These findings will advance the commercialization of high-power electronic packaging.
Kang, Sung-Geun;Lee, Ji-Eun;Kim, Eun-Sol;Lim, Na-Eun;Kim, Soo-Hyung;Kim, Sung-Dong;Kim, Sarah Eun-Kyung
마이크로전자및패키징학회지
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제19권2호
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pp.29-33
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2012
The demand for 3D wafer level integration has been increasing significantly. Although many technical challenges of wafer stacking are still remaining, wafer stacking is a key technology for 3D integration due to a high volume manufacturing, smaller package size, low cost, and no need for known good die. Among several new process techniques Cu-to-Cu wafer bonding is the key process to be optimized for the high density and high performance IC manufacturing. In this study two main challenges for Cu-to-Cu wafer bonding were evaluated: misalignment and bond quality of bonded wafers. It is demonstrated that the misalignment in a bonded wafer was mainly due to a physical movement of spacer removal step and the bond quality was significantly dependent on Cu bump dishing and oxide erosion by Cu CMP.
For the application to optic devices, wafer level package including spacer with particular thickness according to optical design could be required. In these cases, the uniformity of spacer thickness is important for bonding strength and optical performance. Packaging process has to be performed at low temperature in order to prevent damage to devices fabricated before packaging. And if photosensitive material is used as spacer layer, size and shape of pattern and thickness of spacer can be easily controlled. This paper presents polymer bonding using thick, uniform and patterned spacing layer of SU-8 2100 photoresist for wafer level package. SU-8, negative photoresist, can be coated uniformly by spin coater and it is cured at $95^{\circ}C$ and bonded well near the temperature. It can be bonded to silicon well, patterned with high aspect ratio and easy to form thick layer due to its high viscosity. It is also mechanically strong, chemically resistive and thermally stable. But adhesion of SU-8 to glass is poor, and in the case of forming thick layer, SU-8 layer leans from the perpendicular due to imbalance to gravity. To solve leaning problem, the wafer rotating system was introduced. Imbalance to gravity of thick layer was cancelled out through rotating wafer during curing time. And depositing additional layer of gold onto glass could improve adhesion strength of SU-8 to glass. Conclusively, we established the coating condition for forming patterned SU-8 layer with $400{\mu}m$ of thickness and 3.25 % of uniformity through single coating. Also we improved tensile strength from hundreds kPa to maximum 9.43 MPa through depositing gold layer onto glass substrate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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