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北京亞科晨旭科技有限公司
中級(jí)會(huì)員 | 第7年

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深度解析:晶圓鍵合機(jī)

時(shí)間:2025/2/10閱讀:306
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  晶圓鍵合機(jī)(Wafer Bonding Machine)是半導(dǎo)體制造和微電子封裝領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備,用于將兩片或多片晶圓(如硅片、玻璃片或化合物半導(dǎo)體晶圓)通過(guò)物理或化學(xué)方式結(jié)合,形成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)或功能器件。

  設(shè)計(jì)特點(diǎn)

  1.高精度對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng):

  采用光學(xué)對(duì)準(zhǔn)或機(jī)械對(duì)準(zhǔn)技術(shù),確保晶圓間對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)到亞微米級(jí)(通常<1μm),滿足微納器件的結(jié)構(gòu)要求。

  2.多模式鍵合工藝:

  支持多種鍵合技術(shù),包括:

  直接鍵合(Direct Bonding):通過(guò)表面活化(如等離子體處理)實(shí)現(xiàn)無(wú)中間層的晶圓結(jié)合。

  陽(yáng)極鍵合(Anodic Bonding):用于硅與玻璃的鍵合,利用電場(chǎng)和高溫促進(jìn)離子遷移。

  粘合劑鍵合(Adhesive Bonding):使用環(huán)氧樹(shù)脂、BCB(苯并環(huán)丁烯)等材料作為中間層。

  金屬共晶鍵合(Eutectic Bonding):通過(guò)金屬合金(如Au-Si)的熔化實(shí)現(xiàn)鍵合。

  臨時(shí)鍵合(Temporary Bonding):用于3D封裝中的載體晶圓固定,后續(xù)可解鍵合。

  3.精密環(huán)境控制:

  鍵合腔體具備真空、惰性氣體(如N?、Ar)或可控濕度環(huán)境,減少氧化和污染。

  溫度和壓力精確調(diào)控(溫度范圍:室溫至400℃+,壓力范圍:kPa至MPa)。

  4.模塊化設(shè)計(jì):

  可更換鍵合頭、夾具和工藝模塊,適應(yīng)不同尺寸晶圓(如4英寸至12英寸)和材料組合。

  與傳統(tǒng)鍵合技術(shù)的對(duì)比

 

  應(yīng)用領(lǐng)域

  1. MEMS器件制造:慣性傳感器、壓力傳感器、麥克風(fēng)等器件的空腔密封和結(jié)構(gòu)封裝。

  2. 3D集成電路(3D IC):通過(guò)TSV(硅通孔)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多層芯片垂直堆疊,提升集成度和性能。

  3. 光電子器件:激光器、光子芯片的晶圓級(jí)封裝,確保光路對(duì)準(zhǔn)和穩(wěn)定性。

  4. 功率半導(dǎo)體:SiC/GaN器件的金屬化鍵合,改善散熱和電學(xué)性能。

  5. 生物醫(yī)學(xué)微系統(tǒng):微流控芯片、生物傳感器的晶圓級(jí)集成與封裝。

  6. 封裝技術(shù):Fan-Out(扇出型封裝)、Chiplet(小芯片)的臨時(shí)鍵合與解鍵合工藝。

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