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Étude d'un procédé d'encapsulation sous vide sur tranche de microsystèmes électromécaniques S. Lani, A. Bosseboeuf, X. Leroux, B. Belier, D. Bouville,

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Présentation au sujet: "Étude d'un procédé d'encapsulation sous vide sur tranche de microsystèmes électromécaniques S. Lani, A. Bosseboeuf, X. Leroux, B. Belier, D. Bouville,"— Transcription de la présentation:

1 Étude d'un procédé d'encapsulation sous vide sur tranche de microsystèmes électromécaniques S. Lani, A. Bosseboeuf, X. Leroux, B. Belier, D. Bouville, W. De Marcillac S. Lani, A. Bosseboeuf, X. Leroux, B. Belier, D. Bouville, W. De Marcillac Institut d’Électronique Fondamentale, UMR8622 Université Paris XI

2 2 Plan d’étude Pourquoi? Le procédé d’assemblage de substrats par soudure eutectique Le film getter Les connections électriques Conclusion et perspectives

3 3 Pourquoi? Assemblage de substrats => collectif Protection contre l’environnement Amélioration des performances des systèmes encapsulés Contrôle et test intégré Séparation des puces Substrat Capot Connexions électriques Getter Microsystème Soudure Cavité

4 4 Le procédé d’assemblage de substrats par soudure eutectique Choix des matériaux : Alliage eutectique Au-Si (19% de Si, T f =363°C) Alliage eutectique Au-Si (19% de Si, T f =363°C) Couches étudiés Couches étudiés Substrat Or Barrière de diffusion Couche d’adhésion Barrière électrique 100 à 300nm Pt ou Ni : 10 à 30nm (facultatif) Ti : 10nm SiO 2 : 500nm (facultatif) Si : 500 µm

5 5 Le procédé d’assemblage de substrats par soudure eutectique Choix des matériaux : Alliage eutectique Au-Si (19% de Si, T f =363°C) Alliage eutectique Au-Si (19% de Si, T f =363°C) Couches étudiés Couches étudiés Caractérisation des couches recuites (RBS, résistivité, RX, rugosité rms) Caractérisation des couches recuites (RBS, résistivité, RX, rugosité rms) Spectre RBS des empilements Au/Ti/Si Si (bulk) Si (surface) Ti (film) Au (film) Top surface Annealing time (430°C) 20 min 40 min 60 min 430°C 380°C Annealing time (380°C) 40 min 60 min 20 min 0 min Si (bulk) Si (SiO 2 ) Ti Au Si surface Ti surface Ti (film) Spectre RBS des empilements Au/Ti/SiO2/Si

6 6 Le procédé d’assemblage de substrats par soudure eutectique Déterminations des conditions expérimentales pour la soudure Au/Ti => scellement peu adhérent Au/Ti/SiO2 & Au/Pt/Ti => scellement très adhérent Au/Ni/Ti => non scellé Bonder : EVG-501 T°C : 380°C à 450°C Temps de soudure : 15min à 120min Pression résiduelle : mBar Pression appliquée : 1500 à 3500N Empilement Au/Ti/SiO2/Si Empilement Au/Ti/Si

7 7 Le procédé d’assemblage de substrats par soudure eutectique Assemblage de cavités sous vide Substrat avec cordons en Au/Ti/SiO2 Défaut d'alignement (imagerie IR) Capot réalisé par gravure KOH Cordon Cavité Image IR de 2 substrats alignés, après soudure eutectique

8 8 Le procédé d’assemblage de substrats par soudure eutectique Déflexion en fonction de la pression externe du capot en silicium Caractérisation de l’assemblage Vide Substrat Capot Pression atmosphérique Vide résiduel mesuré par profilométrie optique : mBar

9 9 Étude d’un film getter Pression stable dans le temps (10 à 20 ans) Pression stable dans le temps (10 à 20 ans) Pression dans la cavité plus faible (10 -4 mBar) Pression dans la cavité plus faible (10 -4 mBar) Image de cavités dans un substrat de silicium intégrant un film getter et encapsulées avec un substrat de verre Quantité d’oxygène incorporé dans le film getter en fonction de la température de recuit mesuré par spectrométrie RBS

10 10 Réalisations des connections électriques Vias (gravure RIE profonde) Vue en coupe d’une matrice de viasVue en coupe d’un via

11 11 Réalisations des connections électriques Métallisation des vias Dépôt par pulvérisation cathodique d’une couche métallique Dépôt électrochimique de cuivre (partiel) Micro analyse X en coupe sur des échantillons métallisés Si Au

12 12 Réalisations des connections électriques Si SiO2 Au/Si Si Au O Micro analyse X en coupe sur des échantillons assemblés par soudure eutectique Cordon adapté aux besoins

13 13 Conclusion Réalisation de cavités sous vide Mise en place d’un getter Développement de connections électriques Perspectives Encapsulation d’un microsystème dans la cavité (en cours) Getter : mesure de la pression interne (à l’aide d’un microsystème) Via : caractérisation de la résistivité de la connection Conclusion et perspectives


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