Плазменная активация поверхности обеспечивает прочное соединение пластин без пустот при температурах ниже 400 °C за счет модификации химического состава поверхности на молекулярном уровне, что делает этот процесс важнейшим для изготовления МЭМС-устройств и трехмерной гетерогенной интеграции.
Почему традиционные методы склеивания неэффективны
MEMS-устройства становятся все меньше, сложнее и используют все больше разнообразных материалов. Соединение кремния со стеклом, полимеров с полупроводниковыми соединениями или многослойная сборка 3D-интегральных схем означает работу с материалами, которые расширяются и сжимаются с разной скоростью.
Если применить к этой многослойной структуре высокотемпературный процесс соединения, возникнут деформации, микротрещины и смещение, которые невозможно исправить с помощью последующей обработки.
Традиционные методы склеивания также плохо справляются с загрязнением поверхности. Органические остатки на границе раздела создают пустоты. Пустоты становятся точками отказа. В датчиках подушек безопасности автомобилей или медицинские датчики давления, Подобный провал недопустим.
Плазменная активация одновременно решает проблему перегрева и проблему загрязнения, поэтому она стала стандартным подходом в серьезном производстве MEMS-устройств и корпусов на уровне пластин.
Как работает технология плазменной обработки
Этот процесс изменяет химический состав поверхности, а не использует тепловую энергию для образования связей. Когда поверхности кремния, стекла или полимеров подвергаются воздействию кислородной или азотной плазмы, на поверхности образуются реактивные оборванные связи. Именно эти связи создают... сильная молекулярная адгезия Это делает возможным низкотемпературное соединение.
При соединении кремния с кремнием и кремния со стеклом обработка приводит к образованию силанольных групп (-OH) на поверхности. Это делает поверхность сильно гидрофильной, позволяя образовываться ван-дер-ваальсовым связям при контакте. Затем эти связи преобразуются в ковалентные связи во время низкотемпературного отжига, без необходимости высоких температурных нагрузок, которые повреждают предварительно обработанные КМОП-схемы.
The Основы активации плазмы Объясните подробнее, как работает эта модификация химического состава поверхности при различных комбинациях материалов.
Технические характеристики: что показывают цифры
Плазменно-активированное соединение увеличивает энергию сцепления более чем на 2001 ТП4Т по сравнению с неактивированными поверхностями. При прямом соединении кремния оптимизированная плазменная активация при мощности 150 Вт, потоке кислорода 100 ст.см3/мин и 60-секундном воздействии обеспечивает прочность сцепления выше 16 МПа, то есть точку, при которой кремниевая подложка разрушается раньше, чем происходит разрушение границы раздела.
Основные результаты плазменной обработки поверхности:
- Энергия связи увеличивается более чем на 200% по сравнению с неактивированными поверхностями.
- Прямое соединение кремния при оптимизированных параметрах обеспечивает прочность выше 16 МПа, при этом разрушение подложки происходит до образования границы раздела.
- На границе раздела образуется переходный слой SiOx толщиной от 3 до 10 нм, обеспечивающий долговременную стабильность при механических нагрузках, воздействии влажности и температурных циклов.
- Точно контролируемая степень вакуума в диапазоне от 10 до 100 Па обеспечивает максимальную эффективность ионной бомбардировки и равномерную плотность плазмы по всей поверхности пластины.
Ресурс Keylink по Очистка и активация кремниевых пластин В статье рассматривается, как эти параметры применяются при подготовке кремниевых пластин в процессе производства.
Совместимость материалов и возможность индивидуальной настройки электродов с 1-3 слоями.
Для различных комбинаций материалов требуются разные условия плазменной обработки. К соединению кремния со стеклом предъявляются иные требования, чем к соединению кремния с полидиметилсилоксаном (PDMS) или полиимида с металлом. Система, не способная адаптироваться, приводит к компромиссам, проявляющимся в снижении прочности соединения или увеличении плотности дефектов.
Системы Keylink поддерживают настройку электродных пластин в 1-3 слоя, позволяя операторам контролировать плотность и равномерность плазмы по пластинам размером до 300 мм. Практические результаты:
- Активация плазмы при склеивании пластин оптимизируется для каждой конкретной комбинации материалов, а не усредняется по ним.
- Гидрофильная активация поверхности Достигает максимального уровня поверхностной энергии за счет целенаправленной бомбардировки ионами высокой плотности.
- Улучшение адгезии тонких пленок достигается в устройствах, включающих гибкие тонкопленочные датчики, путем преобразования гидрофобных поверхностей, таких как полиимид, в гидрофильные без термического повреждения.
- Образование пустот и пузырьков в процессе сварки снижается за счет точного контроля мощности плазмы и вакуума.
Примеры применения MEMS-технологий
Требования значительно различаются в зависимости от назначения устройства, а требования к плазменной обработке MEMS существенно различаются в зависимости от назначения устройства и условий его работы.
Для автомобильных датчиков подушек безопасности необходимы герметичные, высокопрочные соединения, устойчивые к влаге и загрязнению частицами на протяжении всего срока службы автомобиля. Плазменно-активированное соединение обеспечивает целостность интерфейса, позволяющую достичь такого уровня герметичности в промышленных масштабах.
Микрофлюидные MEMS-датчики соединяют полидиметилсилоксан (PDMS) со стеклом для работы с жидкостями под высоким давлением. PDMS по своей природе гидрофобен, что делает надежное соединение невозможным без обработки поверхности. Плазма преобразует поверхность, и образовавшийся интерфейс сохраняет свои свойства под рабочим давлением.
Акселерометры и гироскопы имеют подвижные внутренние компоненты, где известным видом отказа является залипание. Плазменная обработка поверхности создает контролируемый поверхностный оксидный слой, который уменьшает залипание и улучшает герметичность корпуса, напрямую продлевая надежность датчика на протяжении всего срока службы устройства.
Сертификация и готовность к производству
Системы плазменной обработки поверхностей Keylink имеют двойную сертификацию ETL и CE, охватывающую как североамериканские, так и европейские стандарты. В условиях чистого производственного помещения эта сертификация важна по трем практическим причинам:
- Последовательная и воспроизводимая модификация поверхности в разных производственных партиях.
- Высокая надежность работы при низких затратах на техническое обслуживание.
- Внедрение безопасных методов работы в чистых помещениях, где контроль загрязнения так же важен, как и сам технологический процесс.
Для получения полной информации ознакомьтесь с нашими рекламными материалами на [ссылка на материалы]. Решения для плазменной активации в различных отраслях промышленности и для разных типов материалов..Обратитесь в компанию Keylink, чтобы обсудить решения по активации поверхности для ваших задач по склеиванию пластин или производству MEMS-устройств.
