Характеристики межфланцевого соединения основаны на различных методах и тестах. Принято считать, что вафли имеют большое значение, так как безупречные склеенные вафли. Эти недостатки могут быть вызваны образованием пустот на границе раздела из-за неровностей или загрязнений . Связующее соединение характерно для развития соединения пластин или оценки качества изготовленных пластин и датчиков.
Обзор
Межфланцевые соединения обычно характеризуются тремя важными параметрами инкапсуляции: прочностью соединения, герметичностью инкапсуляции и напряжением, вызванным соединением. [1]
Прочность сцепления можно оценить с помощью тестов с двойной консолью или шевроном, соответственно, микро-шеврона. Прочие испытания на растяжение, а также испытания на разрыв, прямой сдвиг или испытания на изгиб позволяют определить прочность сцепления. [2] Герметичность упаковки определяется с помощью мембранных, гелиевых, резонаторных / опрессовых испытаний. [1]
Три дополнительных возможности для оценки соединения соединения - это оптические, электронные и акустические измерения и приборы . Сначала в оптических методах измерения используются оптический микроскоп , просвечивающая ИК-микроскопия и визуальный контроль. Во-вторых, измерение электронов обычно применяется с использованием электронного микроскопа , например сканирующей электронной микроскопии (SEM), высоковольтной прозрачной электронной микроскопии (HVTEM) и сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (HRSEM). И, наконец, типичными подходами к акустическим измерениям являются сканирующий акустический микроскоп (SAM), сканирующий лазерный акустический микроскоп (SLAM) и сканирующий акустический микроскоп C-режима (C-SAM).
Подготовка образца сложна, а механические и электронные свойства важны для характеристики и сравнения технологии склеивания. [3]
Инфракрасная (ИК) просвечивающая микроскопия
Инфракрасная (ИК) визуализация пустот возможна, если анализируемые материалы являются ИК-прозрачными, то есть кремнием . Этот метод дает быстрое качественное исследование [4] и очень удобен из-за его чувствительности к поверхности и заглубленной границе раздела. Он получает информацию о химической природе поверхности и интерфейса.
Инфракрасный проходящий свет основан на том факте, что кремний является полупрозрачным при длине волны ≥ 1,2 мкм. Оборудование состоит из инфракрасной лампы в качестве источника света и инфракрасной видеосистемы (сравните с рисунком «Схема установки инфракрасной просвечивающей микроскопии»).
Система ИК-визуализации позволяет анализировать волны связи и дополнительно микромеханические структуры, а также деформации в кремнии. Эта процедура позволяет также анализировать многослойные связи. [3] Контраст изображения зависит от расстояния между пластинами . Обычно при использовании монохроматического цветного ИК-излучения центр пластин отображается ярче в зависимости от близости. Частицы на границе раздела создают хорошо заметные пятна с разным контрастом из-за интерференционных полос (распространения волн) . [5] Незакрепленные области могут быть показаны, если размер пустот (высота) ≥ 1 нм. [4]
Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR)
Преобразование Фурье инфракрасная (ИК-Фурье) спектроскопия является неразрушающим методом герметичности характеристики. Поглощение излучения позволяет анализировать газы с определенной длиной волны. [6]
Ультразвуковая микроскопия
Ультразвуковая микроскопия использует высокочастотные звуковые волны для изображения связанных интерфейсов. Деионизированная вода используется как акустическая среда, соединяющая электромагнитный акустический преобразователь и пластину. [4] [7]
Этот метод работает с ультразвуковым датчиком, сканирующим соединение пластины. Отраженный звуковой сигнал используется для создания изображения. Поперечное разрешение зависит от ультразвуковой частоты, диаметра акустического луча и отношения сигнал / шум (контраст).
Несвязанные участки, то есть загрязнения или пустоты, не отражают ультразвуковой луч, как склеенные участки, поэтому возможна оценка качества склеивания. [3]
Испытание на двойную консольную балку (DCB)
Испытание двойной консольной балки , также называемое методом раскрытия трещин или бритвенным лезвием, представляет собой метод определения прочности соединения. Это достигается путем определения энергии склеиваемых поверхностей. Между парой склеенных пластин вставляется лезвие определенной толщины. Это приводит к разрыву связи облигаций. [3] Длина трещиныравняется расстоянию между вершиной лопасти и вершиной трещины и определяется с использованием проходящего инфракрасного света. Инфракрасный свет может осветить трещину при использовании материалов, прозрачных для инфракрасного или видимого света. [8] Если вязкость поверхности излома очень высока, очень трудно вставить лезвие, и пластины могут сломаться при скольжении лезвия. [3]
Испытание DCB характеризует прочность, зависящую от времени, путем оценки механического разрушения и поэтому хорошо подходит для прогнозов срока службы. [9] Недостатком этого метода является то, что между входом лезвия и временем получения ИК-изображения можно повлиять на результаты. Кроме того, неточность измерения увеличивается с высокой вязкостью разрушения поверхности, что приводит к меньшей длине трещины или поломке пластин при вставке лезвия, а также к влиянию четвертой степени измеренной длины трещины. Измеренная длина трещины определяет поверхностную энергию по отношению к образцу прямоугольной формы в форме балки.
Таким образом в модуль Юнга , толщина пластины, толщина клинка и измеренная длина трещины. [10] В литературе упоминаются различные модели DCB, то есть подходы к измерению, разработанные Maszara, Gillis and Gilman, Srawley and Gross, Kanninen или Williams. Чаще всего используются подходы Maszara или Gillis and Gilman. [8]
Модель Maszara
Модель Maszara не учитывает напряжение сдвига, а также напряжение в неразрезанной части для полученных длин трещин. Податливость симметричного образца DCB описывается следующим образом:
Податливость определяется по длине трещины. , ширина и толщина балки . определяет модуль Юнга. Энергия разрушения поверхности является:
с участием как смещение точки нагрузки.
Модель Гиллиса и Гилмана
Подход Гиллиса и Гилмана учитывает изгибающие и поперечные силы в балке. Уравнение соответствия:
Первый срок описывает энергию деформации кантилевера из-за изгиба. Второй член представляет собой вклад от упругих деформаций в неотколотой части образца, а третий член учитывает деформацию сдвига. Следовательно, а также зависят от состояния закрепленного конца консоли. Коэффициент сдвига зависит от геометрии поперечного сечения балки.
Шеврон тест
Тест шеврон используется для определения вязкости разрушенияхрупких строительных материалов. Вязкость разрушения является основным параметром материала для анализа прочности связи.
В шевронном испытании используется особая геометрия надреза для образца, который нагружается с возрастающей силой растяжения. Геометрия шевронного паза обычно имеет форму треугольника с различными узорами скрепления. При определенной растягивающей нагрузке трещина начинается на вершине шеврона и растет при непрерывной приложенной нагрузке, пока не будет достигнута критическая длина. [11] Рост трещины становится нестабильным и ускоряется, что приводит к разрушению образца. [8] Критическая длина зависит только от геометрии образца и условий нагружения. Вязкость разрушения обычноопределяется путем измерения зарегистрированной нагрузки на разрушение при испытании. Это улучшает качество и точность теста и уменьшает разброс измерений. [11]
Два подхода, основанные на скорости выделения энергии или коэффициент интенсивности напряжений , можно использовать для объяснения метода проверки шевроном. [8] Перелом происходит, когда или же достичь критического значения, характеризующего вязкость разрушения или же . Преимущество использования образца с шевронным надрезом связано с образованием заданной трещины четко определенной длины. [12] Недостатком подхода является то, что склейка, необходимая для загрузки, занимает много времени и может вызвать разброс данных из-за несовпадения. [8]
Тест на микрошеврон (MC)
Тест на микрошеврон (MC) представляет собой модификацию теста на шеврон с использованием образца определенного и воспроизводимого размера и формы. Тест позволяет определить критическую скорость выделения энергии. и критическая вязкость разрушения . [13] Он обычно используется для характеристики прочности соединения пластин, а также надежности. Характеристика надежности определяется на основе механической оценки критического разрушения. [9] Оценка определяется путем анализа вязкости разрушения, а также сопротивления распространению трещин. [10]
Вязкость разрушения позволяет сравнивать прочностные характеристики независимо от конкретной геометрии образца. [12] Кроме того, может быть определена прочность склеиваемого интерфейса. [11] Образец шеврона состоит из склеенных полос в форме треугольника. Пространство вершины треугольника шевронной структуры используется как плечо рычага для приложенной силы. Это снижает усилие, необходимое для возникновения трещины. Размеры микрошевронных структур находятся в диапазоне нескольких миллиметров и обычно составляют шевронную выемку под углом 70 °. [13] Этот шевронный узор изготовлен с использованием влажного или реактивного ионного травления. [12]
MC-тест наносится специальным штампом-образцом, наклеиваемым на незакрепленную кромку обрабатываемых конструкций. Образец загружается в прибор для испытания на растяжение, и нагрузка прикладывается перпендикулярно склеиваемой области. Когда нагрузка равна максимально допустимым условиям, на вершине шевронной выемки образуется трещина » [13].
Увеличивая механическое напряжение за счет более высокой нагрузки, можно наблюдать два противоположных эффекта. Во-первых, сопротивление расширению трещины увеличивается за счет увеличения сцепления первой половины шевронного рисунка треугольной формы. Во-вторых, плечо рычага удлиняется с увеличением длины трещины.. От критической длины трещиныначинается неустойчивое расширение трещины и разрушение образца. [13] Критическая длина трещины. соответствует максимальной силе на диаграмме сила-длина и минимум геометрической функции . [14]
Вязкость разрушения можно рассчитать с максимальной силой, шириной и толщина :
Максимальная сила определяется в процессе испытания и минимальный коэффициент интенсивности напряжений определяется FE Simulation. [15] Кроме того, скорость выделения энергии можно определить с помощью как модуль упругости и как коэффициент Пуассона следующим образом » [13]
Преимущество этого испытания - высокая точность по сравнению с другими испытаниями на растяжение или изгиб. Это эффективный, надежный и точный подход к разработке межфланцевых соединений, а также к контролю качества производства микромеханических устройств. [12]
Тестирование облигаций
Измерение прочности сцепления или испытание сцепления выполняется двумя основными методами: испытание на растяжение и испытание на сдвиг. И то, и другое может быть выполнено деструктивно, что более распространено (также на уровне пластины), или неразрушающим образом. Они используются для определения целостности материалов и производственных процессов, а также для оценки общих характеристик склеивающего каркаса, а также для сравнения различных технологий склеивания друг с другом. Успешность или неудача соединения основывается на измерении приложенной силы, типа разрушения из-за приложенной силы и внешнего вида использованной остаточной среды.
Развитием испытания прочности сцепления композитных структур с клеевым соединением является лазерный контроль сцепления (LBI). LBI обеспечивает коэффициент относительной прочности, полученный из уровня плотности энергии лазерного излучения, подаваемого на материал для испытания на прочность, по сравнению с прочностью связей, предварительно испытанных механически при той же плотности энергии лазера. LBI обеспечивает неразрушающий контроль соединений, которые были должным образом подготовлены и соответствуют техническим требованиям. [16]
Тестирование методом вытягивания
Измерение прочности сцепления путем испытания на разрыв часто является лучшим способом определить интересующий вас режим разрушения. Кроме того, в отличие от испытания на сдвиг, когда связь отделяется, поверхности излома отрываются друг от друга, что обеспечивает точный анализ характера разрушения. Чтобы натянуть связь, необходимо захватить подложку и межсоединение; из-за размера, формы и свойств материала это может быть затруднительно, особенно для межсоединений. В этих случаях набор точно сформированных и выровненных наконечников пинцета с точным контролем их открытия и закрытия, вероятно, будет иметь значение между успехом и неудачей. [17]
Самый распространенный тип испытаний на отрыв - испытание на отрыв проволоки. При испытании на растяжение проволоки под проволокой прикладывается направленная вверх сила, эффективно оттягивая ее от подложки или матрицы.
Испытание на сдвиг
Испытание на сдвиг - это альтернативный метод определения прочности, которую может выдержать соединение. Существуют различные варианты испытаний на сдвиг. Как и в случае тестирования по запросу, цель состоит в том, чтобы воссоздать интересующий режим отказа в тесте. Если это невозможно, оператор должен сосредоточить внимание на максимально возможной нагрузке на связку. [18]
Интерферометры белого света
Интерферометрия белого света обычно используется для обнаружения деформаций поверхности пластины на основе оптических измерений. Низкокогерентный свет от источника белого света проходит через верхнюю оптическую пластину, например стеклянную пластину, к границе соединения. Обычно существует три разных интерферометра белого света:
- интерферометры с дифракционной решеткой
- интерферометры с вертикальным сканированием или когерентные зонды
- пластинчатые интерферометры рассеяния белого света
Для интерферометра белого света положение интерференционной полосы нулевого порядка и расстояние между интерференционными полосами не должны зависеть от длины волны. [19] Интерферометрия в белом свете используется для обнаружения деформаций пластины. Свет с низкой когерентностью от источника белого света проходит через верхнюю пластину к датчику. Белый свет генерируется галогенной лампой и модулируется. Спектр отраженного света полости датчика регистрируется спектрометром. Захваченный спектр используется для определения длины полости датчика. Длина полости d соответствует приложенному давлению и определяется спектром отражения света датчика. Это значение давления впоследствии отображается на экране. Длина полости определяется с использованием
с участием как показатель преломления материала полости датчика, а также как соседние пики в спектре отражения.
Преимущество использования интерферометрии в белом свете в качестве метода определения характеристик заключается в уменьшении влияния потерь на изгибе. [20]
Рекомендации
- ^ a b Хан, М. Ф. и Гаванини, Ф. А., Хаасл, С., Лёфгрен, Л., и Перссон, К., Русу, К., Шьёльберг-Хенриксен, К. и Энокссон, П. (2010). «Методы определения характеристик инкапсуляции на уровне пластины, применяемой на кремнии для анодного соединения LTCC». Журнал микромеханики и микротехники . 20 (6): 064020. DOI : 10,1088 / 0960-1317 / 20/6/064020 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Цуй, З. (2008). «Анодное склеивание». В Ли Д. (ред.). Энциклопедия микрофлюидики и нанофлюидики . Springer Science + Business Media, LLC. стр. 50 -54. ISBN 978-0-387-48998-8.
- ^ а б в г д е Мак, С. (1997). Eine vergleichende Untersuchung der Physikalisch-Chemischen Prozesse an der Grenzschicht direkt und anodischer verbundener Festkörper (Отчет). Йена: Институт Макса Планка. ISBN 3-18-343602-7.
- ^ а б в Фарренс, С. (2008). "Упаковка уровня вафель на металлической основе". Глобальный SMT и упаковка .
- ^ Велдон, М.К., и Марсико, В.Е. и Шабал, Ю.Дж., и Хаманн, Д.Р. и Кристман, С.Б. и Чабан, Е.Е. (1996). «Инфракрасная спектроскопия как исследование фундаментальных процессов в микроэлектронике: очистка и соединение кремниевых пластин». Наука о поверхности . 368 (1–3): 163–178. DOI : 10.1016 / S0039-6028 (96) 01046-1 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Линь, Ю.-К. и Баум, М., Хобольд, М., Фромель, Дж., Вимер, М., Гесснер, Т., и Эсаши, М. (2009). «Разработка и оценка эвтектического склеивания пластин AuSi». Конференция по твердотельным датчикам, исполнительным элементам и микросистемам, 2009. ДАТЧИКИ 2009. Международный . С. 244–247. DOI : 10.1109 / SENSOR.2009.5285519 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Суд, С., Томас, Р. и Адамс, Т. (2008). «Акустическая характеристика склеенных пластин». Транзакции ECS . 16 (8): 425–428. DOI : 10.1149 / 1.2982896 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Б с д е е г Валлин, О. и Йонссон, К., Линдберг, У. (2005). «Методы количественного определения адгезии для склеивания пластин». Материаловедение и инженерия: R: Отчеты . 50 (4–5): 109–165. DOI : 10.1016 / j.mser.2005.07.002 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б Нётцольд К., Граф Дж. И Мюллер-Фидлер Р. (2008). «Испытание на четырехточечный изгиб для оценки стабильности формованных микросенсоров со стеклянной фриттой». Надежность микроэлектроники . 48 (8–9): 1562–1566. DOI : 10.1016 / j.microrel.2008.07.001 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б Вюнш Д. и Мюллер Б. и Вимер М., Гесснер Т. и Мишке Х. (май 2010 г.). "Aktivierung mittels Niederdruckplasma zur Herstellung von Si-Verbunden im Niedertemperatur-Bereich und deren Charakterisierung mittels Mikro-Chevron-Test". Technologien und Werkstoffe der Mikrosystem- und Nanotechnik (GMM-Fachbereicht Band 65) . Дармштадт: VDE Verlag GmbH Berlin Offenbach. С. 66–71. ISBN 978-3-8007-3253-1.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б в Вимер, М., Фромель, Дж. И Ченпинг, Дж., И Хаубольд, М., и Гесснер, Т. (2008). «Вафельные технологии и оценка качества». Конференция по электронным компонентам и технологиям, 2008. ECTC 2008. 58-е . С. 319–324. DOI : 10.1109 / ECTC.2008.4549989 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б в г д Петцольд, М., Кнолль, Х. и Багдан, Дж. (2001). «Оценка прочности микромеханических компонентов, скрепленных пластинами, с использованием теста Micro-Chevron-Test». Надежность, тестирование и характеристика MEMS / MOEMS . DOI : 10.1117 / 12.442994 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б в г д Шнайдер, А., Ранк, Х., Мюллер-Фидлер, Р., Виттлер, О., Райхль, Х. (2009). "Stabilitätsbewertung eutektisch gebondeter Sensorstrukturen auf Waferlevel". В Hermann, G. (ред.). 9. Chemnitzer Fachtagung Mikromechanik & Mikroelektronik . С. 51–56.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Петцольд, М., Дресбах, К., Эберт, М., Багдан, Дж., И Вимер, М., и Глиен, К., и Граф, Дж., И Мюллер-Фидлер, Р. и Хёфер, Х. (2006). «Исследование механического ресурса разрушения сенсоров со стеклянной фриттой». Десятая межобщественная конференция по тепловым и термомеханическим явлениям в электронных системах, 2006 г. ITHERM '06 . С. 1343–1348. DOI : 10.1109 / ITHERM.2006.1645501 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Фогель, К., Вюнш, Д., Шапорин, А., Менер, Дж., И Биллеп, Д., и Вимер, Д. (2010). "Распространение трещин в образцах микрошевронных испытаний кремний-кремниевых пластин с прямым соединением". 9-й Молодежный симпозиум по экспериментальной механике твердого тела . С. 44–47.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ https://www.academia.edu/3698271/Adhesive_Bond_Testing_By_Laser_Induced_Shock_Waves
- ^ Сайкс, Боб (май 2014 г.). «Достижения в испытании на растяжение пинцета» . Обзор шкалы чипов.
- ^ Сайкс, Боб (июнь 2010 г.). "Зачем тестировать облигации?" . Журнал Global SMT & Packaging.
- ^ Wyant, JC (2002). «Интерферометрия белого света». Труды SPIE . 4737 : 98–107. DOI : 10.1117 / 12.474947 . S2CID 123532345 .
- ^ Тоцу, К., Хага, Ю. и Эсаши, М. (2005). «Сверхминиатюрный оптоволоконный датчик давления с использованием интерферометрии белого света» . Журнал микромеханики и микротехники . 15 (1): 71–75. DOI : 10.1088 / 0960-1317 / 15/1/011 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )