Al-Ge eutectic bonding for wafer-level vacuum packaging of mems devices
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BEKİR GÜREL DİMEZ
Danışman: YUNUS EREN KALAY
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Paketleme, MEMS tabanlı aygıtların ticarileştirilebilmesi için önemli bir konudur. Disk seviyesi paketleme yöntemleri, aygıt seviyesi yöntemlere kıyasla hem düşük maliyetli hem de yüksek verimlidir. Mikrobolometreler ve rezonatörler gibi çok sayıda MEMS aygıtının çalışabilmesi için vakum ortamında paketlenmesi gerekmektedir. Al-Ge alaşımının diğer yöntem ve alaşımlara kıyasla en önemli avantajı, bağlayıcı katman gerektirmediği için iki metalin tek disk üzerine üst üste kaplanarak disk bağlama işleminin yapılabilmesidir. Bu sayede aygıtların bulunduğu disklere herhangi bir üretim adımı eklenmeden disk seviyesinde paketleme işlemi yapılabilmektedir. Fakat ötektik erime noktasının (425 ℃) CMOS disklerin sıcaklık limitine (450 ℃) yakın olması Al-Ge alaşımının CMOS disk içeren uygulamalarda kullanımını kısıtlamaktadır. Bu bağlamda, Al-Ge alaşımının mikrobolometrelerin disk seviyesinde paketleme işlemine uygunluğu değerlendirilmiştir. Bu çalışmada termal buharlaştırma ve eş zamanlı saçtırma yöntemleri kullanılarak kaplanmış Al-Ge alaşımları ile disk bağlama deneyleri yapılmıştır. Yapılan Disk viii bağlama deneyleri sonucunda iki yöntemle elde edilen kaplamalarla da başarılı bir şekilde vakum paketleme işlemi gerçekleştirilememişti. Bu metallere yapılan ısıl işlem deneylerinin sonucunda düşük performanslarının kaplama yöntemlerinden kaynaklı yavaş difüzyon mekanizmasına bağlı olduğu belirlenmiştir. Hem termal buharlaştırma hem de saçtırma yöntemleri ile Al ve Ge'nin tek diske üst üste kaplanmıştır. Mümkün olan en düşük bağlama sıcaklığına sahip disk bağlama prosedürünü geliştirebilmek için, disk bağlama ve ısıl işlem deneylerinin ardından katman yığınının iç yapısal gelişimi detaylı bir şekilde incelenmiştir. Ötektik bağlama adımından önce 400 ℃ katı halde bağlama adımı içeren bir disk bağlama prosedürü, tek adımda ötektik bağlama prosedürü ile karşılaştırılmış ve ilk yöntem daha iyi sonuç vermiştir. Hücrelerin içerisindeki vakum seviyesinin karakterizasyonu kapak bükülme testi ile yapılmıştır. Hem termal buharlaştırma hem de saçtırma yöntemi ile elde edilmiş örnekler ile vakum paketleme işlemi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Saçtırma yöntemi ile kaplanmış metallerde bağlama sıcaklığı 435 ℃'ye düşürülmüş ve ortalama kesme dayancı yaklaşık 27 MPa olarak belirlenmiştir. 440 ℃ bağlanmış örneklerde ortalama kesme dayancı 51 MPa seviyesine yükselmiştir.