A wafer level vacuum packaging technologyfor MEMS based long-wave infrared sensors
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GÜLŞAH DEMİRHAN AYDIN
Danışman: YUNUS EREN KALAY
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez, termal sensörlerin gereksinimlerini düşük maliyetle ve yüksek performansla karşılayan pul seviyesinde vakumlu paketleme elde etmek için yeni bir yaklaşım önermektedir. Güve gözü yapıları, kızıl ötesi radyasyonun uzun dalgaboyunda iletilmesine olanak sağlamak için herhangi bir boşluk olmaksızın silisyum bir alttaşın her iki tarafında oluşturulmuştur. Daha sonra, bu alttaş, düşük sıcaklıkta (yaklaşık 200 ℃) bağlanmaya izin veren Au-In geçici sıvı faz (TLP) yaklaşımı kullanılarak başka bir ara parça alttaşına yapıştırılır; TLP yaklaşımının avantajı, yapıştırma tamamlandıktan sonra çok yüksek sıcaklıkları (500℃ gibi) kaldırabilmesidir. Bu method, yaklaşık 430°C'de hem alıcıyı mükemmel şekilde aktive edebilen hem de cam hamuru bağlama yaklaşımları kullanarak önerilen kapak yığınının sensör puluna bağlanmasının kullanılmasına izin verir. Ara parça olarak kullanılan alttaş, alıcı katmanın bir gölge maskesi kullanılarak biriktirildiği kapak yığınının boşluk açıklığını oluşturmak için Derin reaktif iyon aşındırma (DRIE) yaklaşımı kullanılarak elde edilir. Bu paketleme yaklaşımı, (i) ızgara yapılarının çift taraflı pürüzsüz bir alttaş üzerinde üretilmesi ve ölçülen kızılötesi iletim performansının yaklaşık %85 olarak gösterilmesiyle, (ii) IR pencere alttaşı ve ara levha alttaşının TLP bağlama performansının optimize edilmesi ve doğrulanmasıyla, (iii) güve gözü yapılarına zarar vermeden kavite açma adımının optimize edilmesi, (iv) 8" boyutlu diskler için cam hamurunun serigrafi yöntemi ile oluşturulması ve cam hamuru bağlama yönteminin optimizasyonu, (v) yapıştırma kalitesi için Pirani vakum göstergeli bir vakum sensörlü pul geliştirme ve karakterizasyonuna yönelik ölçümler (vi) kapak yığınının çeşitli silisyum disklere yapıştırılması ve hermetik olarak kapatılmış boşluk/kavite bölgelerinin vakum seviyesi dahil olmak üzere bağlanma kalitesinin ölçülmesi ile doğrulanır. Disk seviyesi paketleme yaklaşımının yapıştırma kalitesi üç farklı yaklaşımla karakterize edilmiştir: He-sızıntı/kaçak testleri, kapak pulunun ince bir diyafram haline getirilip çökmenin analiz edilmesi ve pirani vakum ölçerler. Önerilen yöntemle oluşturulan bağlar, MIL-STD 883'e göre yapılan He-kaçak testleri ile hermetik olarak test edilmiştir. Pürüzsüz pul kullanım durumu için, önerilen disk seviye yapıştırma yöntemi ile elde edilen ortalama kesme dayancına sahip bağlar 23.38 MPa elde edilmiştir ve oluşturulan bağların helyum sızdırmazlık değerleri 0.1x10-9 atm.cc/sn'den daha düşük ölçülmüştür. Öğütülmüş/inceltilmiş disklerin yüzeyi daha pürüzlüdür ve bu disklerin kullanım durumu için, önerilen disk seviye yapıştırma yöntemi ile elde edilen ortalama kesme dayancına sahip bağlar 18.72 MPa elde edilmiştir ve oluşturulan bağların helyum sızdırmazlık değerleri 1x10-8 atm.cc/sn'den mertebelerinde ölçülmüştür. Paket basıncı, getter kullanılmadığında en iyi 3-4 Torr civarında ölçülürken, getter kullanım durumunda en iyi 1 mTorr ile 500 mTorr arasında değişen basınçlar ölçülmüştür. Anahtar Kelimeler: MEMS, Disk Seviyesi Paketleme, Hermetik Paketleme, TLP Bağlama, Cam Hamuru Yapıştırma, Termal Kızılötesi Dedektörler