[发明专利]一种芯片键合强度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种芯片键合强度测量装置及方法，测量装置包括待测芯片、玻璃支柱、金属毛细管、传输光纤、压力接头、压力入口、隔离膜片、导压液体、底座、密封圈、充液孔、封堵钢珠、外壳。芯片键合强度的测量方法包括以下步骤：第1、使用压力源对所述片键合强度测量装置施加适当的初始压力，并记录此时的光谱信息；第2、选择合适的加压步长，提高压力源对键合强度测量装置施加的压力值；第3、将压力源施加的压力值降为0，观察光谱仪显示是否仍有干涉信号；若仍有信号，重复第2步直到降下压力后光谱仪干涉信号消失；若无信号，则上一步中施加的压力值即为待测芯片键合后可承受的最大压力值，直接反映了芯片的键合强度。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体的说，是涉及一种芯片键合强度测量装置及方法。

背景技术

键合是半导体制造过程中一种不可或缺的技术，被广泛地运用于精密制造工艺特别是电子产品的机械及电气连接中。尤其是在微机电系统(MEMS)研发生产过程中，封装是最终确定其体积、寿命和成本的关键技术，而封装方法中最为重要的一类技术就是键合技术。因而键合结构的强度决定了MEMS系统的应用范围大小和使用寿命长短。正因如此，精确地测量芯片键合强度就显得尤为重要。

到目前为止，针对芯片键合强度的测量，国内外科研人员提出了一些测量方法。如1988年，Maszara等(Maszara W P,Goetz G,“Bonding of silicon wafer for silicon-on-insulator”.J.Appl.Phys.1988,64(10):4943-4950.)提出裂纹传播扩散法，通过将刀片插入键合位置并测量裂纹长度来测量键合强度。但是刀片插入通常是人工进行，刀片的插入速率、插入的方式、测量环境等因素都会影响测量结果。1990年，Charalambides等(Charalambides P G,Cao HC,Lund J,Evans AG,“Devel-opment of a testmethodformeasureing the mixed mode frac-ture resisance of biomaterial interfaces”.Mech.Mater.1990,8(4):269-283.)提出四点弯曲分层技术，通过底部两支点支撑、顶部两压力点施压的方法来测量键合强度。这种方法较裂纹传播扩散法更精确，但其测量范围受限，当退火温度达到900℃～1000℃后，键合强度就可能超出该方法的测量范围而导致无法测量。目前最常用的键合强度测量方法为直拉法，但其测量范围受到键合芯片与拉力手柄间粘合剂材质的限制，当键合强度大于粘合剂的粘黏度时，拉力手柄就会在待测芯片分裂之前与待测芯片脱离，从而导致无法测量。该方法通常使用环氧树脂作为粘合剂，所能测量的最大键合强度约为80MPa。同时，直拉法对测试设备的精度特别是拉力和键合界面间的垂直度、待测芯片上下两面粘接的同轴度和平行度要求很高，很难得到精确的测量结果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种芯片键合强度测量装置及方法，此外还提出了芯片键合强度测量系统及其测量方法，通过精确地测量法布里-珀罗腔的变化量，精确得到待测芯片裂开时的压强值，从而实现对芯片键合强度的测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种芯片键合强度测量装置，该装置包括待测芯片、玻璃支柱、金属毛细管、传输光纤、压力接头、压力入口、隔离膜片、导压液体、底座、密封圈、充液孔、封堵钢珠和外壳；其中：

所述待测芯片经膜片和基底片键合制成，其中膜片作为弹性膜片感受压力，同时作为法布里-珀罗腔的第二个反射面；基底片表面中心腐蚀有微腔，微腔底部作为法布里-珀罗腔的第一个反射面，微腔的腐蚀深度决定法布里-珀罗腔的初始长度；

所述待测芯片和玻璃支柱间通过激光焊接方式连接；所述金属毛细管、玻璃支柱、底座通过高温烧结方式密封连接；所述底座与压力接头间通过密封圈密封连接；外壳与压力接头通过螺纹配合并为底座提供支撑；