BONDING MATERIAL  DEVELOPMENT  AT WAFER LEVEL  VACUUM  
PACKAGING FOR MEMS DEVICES BY TRANSIENT  LIQUID PHASE (TLP)  
METHOD

EYÜP CAN DEMİR

BONDING MATERIAL DEVELOPMENT AT WAFER LEVEL VACUUM PACKAGING FOR MEMS DEVICES BY TRANSIENT LIQUID PHASE (TLP) METHOD

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2016

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: EYÜP CAN DEMİR

Eş Danışman: TAYFUN AKIN, YUNUS EREN KALAY

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tezde, MEMS cihazlarının sızdırmaz paketlenmesi için pul seviyesinde bağlama malzemesi çalışılmıştır. Çip boyutunda paketleme uzun bir zamandır kullanılıyordu. Çip boyutunda paketlemedeki temel problem düşük verimlilik ve yüksek maliyettir. Pul seviyesinde paketlenmesi, bağlama sürecine uygunluk ve düşük maliyet büyük sebebi ile büyük dikkat çekiyor. Ancak pul seviyesinde paketleme konusu hala problemlidir. Pul seviyesinde paketleme esnasında mikro boyuttaki boşluklar veya verimli olmayan bağlama işlemleri olmaktadır, bu da sızdırmaz paket elde etmeyi zorlaştırmaktadır. Bu problemler yalnızca metalürjinin temel prensipleri kullanılarak çözülebilir. MEMS'lerin paketlenmesi için seçilen metalik sistemlerin paketleme esnasındaki erime ve katılaşmaları iyi şekilde kontrol edilmelidir. Bu çalışmada, iki pul Au-Sn ve Au-In metalik sistemleri kullanılarak birbirine bağlanmıştır. Araştırma maliyetini düşürmek için, gerçek MEMS cihazları kullanılmadan, model-deneme paketleri tasarlanmış ve üretilmiştir. Altlık pul olarak cam, kapak pulu ise silisyum kullanılmıştır. Au Sn paketleme 300°C gerçekleştirilmiştir. Paketleme mekanizması olarak Au-Sn ötektik ve geçici sıvı faz yöntemi (GSF) seçilmiştir. Geçici sıvı faz bağlaması ötektik kompozisyondan ve saf Sn metalinden gerçekleştirilmiştir. Metaller sıçratma yöntemi ve termal buharlaştırma yöntemi ile kaplanmıştır. Yapıştırma katmanlarından Cr, TiW ve Ti farklı tasarımlarda kaplanmış ve onların paketleme üzerine etkisi incelenmiştir. Yapıştırma malzemesinin bağlama metaline olan etkisinin derin bir şekilde SEM/EDS, TEM/EDS ve DSC cihazları ile incelenmesi bir ilktir. Au-Sn sızdırmaz paketleme Cr yapıştırma katmanı ile düşük bir verimlilikte elde edilmiştir. GSF ve ötektik Au-Sn bağlamasıyla 15 MPa değerinden yüksek kesme mukavemeti elde edilmiştir. Au-In bağlaması 200°C gerçekleştirilmiştir. Ti yapıştırma ve Ni bariyer katmanı kullanılmış ve etkileri incelenmiştir. Ti, Ni, ve Au kaplamaları için sıçratma yöntemi kullanılırken, In kaplamaları için elektron ışını ile buharlaştırma yöntemi kullanılmıştır. Güvenilirlik testinde Au-In için makul kesme dayanç değerleri elde edilmiştir. Ni bariyer katmanın yardımı ile sızdırmaz paketleme elde edilmiştir. Bağlamanın sızdırmazlığı için bükülme yöntemi ile test edildi. Üstelik yüksek sıcaklıkta sızdırmazlığı test etmek için bükülmüş olan pul 400°C'ye ısıtıldı ve 10 dakika bekletildi. Bükülmede veya mekanik özelliklerde herhangi bir bozulma gerçekleşmedi. Sonuç olarak, yüksek kesme dayancı ve sızdırmaz paketleme Au-In ve Au-Sn metalik sistemlerle düşük sıcaklıkta başarılmıştır. Bu tez yapıştırma katmanın detaylı karakterizasyonu ile bağlama malzemesi geliştirilmesinde literatüre katkıda bulunmuştur. Ayrıca bu çalışma kısmi olarak Türkiye Bilim ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TUBİTAK) E115E060 projesi kapsamında desteklenmiştir.