Forced Potential Scheme 미세 가열기를 이용한 부분 가열 저온 Hermetic 패키징

Low Temperature Hermetic Packaging by Localized Heating using Forced Potential Scheme Micro Heater

기존 형상의 미세 가열기를 이용한 마이크로 시스템 패키징의 문제점을 해결하기 위해 새로운 형상의 미세 가열기를 제작하여 패키징 실험을 시행하였다. 기존 형상의 미세 가열기와 새로운 미세 가열기의 형상을 각각 제작하여 접합시에 미세 가열기에 발생하는 열분포를 IR카메라를 이용하여 실험하였다. 기존 형상의 미세 가열기가 불균일하게 가열되는 반면, 새로운 형상의 미세 가열기는 매우 균일하게 가열되는 형상을 나타내었고, IR 카메라를 이용한 실험 결과를 바탕으로 각기 다른 형상의 미세 가열기를 이용하여 접합 실험을 실시하였다. 접합 실험시 사용한 미세 가열기는 폭 50μm, 두께 2μm로 제작하였으며, 0.2Mpa 의 압력을 Pyrex glass cap에 가한 상태에서 150mA의 전류를 공급하여 접합을 완료하였다. 접합이 완료된 시편들에 대해서 IPA를 통한 leakage check실험을 실시하였으며, 기존 형상의 미세 가열기를 이용한 시편들은 66%가 테스트를 통과한 반면 새로운 형상의 미세 가열기를 이용한 시편들은 85%이상이 테스트를 통과하였다. Leakage 실험을 통과한 각각의 시편들에 대해서 접합력 측정을 실시한 결과, 기존 형상의 미세 가열기를 이용한 시편들은 15∼21Mpa의 접합력을 나타내었고, 새로운 형상의 미세 가열기를 이용한 시편들은 25∼30Mpa의 우수한 접합력을 나타내었다.

n this project, the efficiency of localized heating for micro systems packaging is developed by using a forced potential scheme microheater. Less than 0.2 Mpa contact pressure was used for bonding with a 200 mA current input for 50μm width, 2μm height and 8mm×8mm, 5mm×5mm, 3mm×3mm sized phosphorus-doped poly-silicon microheater. The temperature can be raised at the bonding region to 800℃, and it was enough to achieve a strong and reliable bonding in 3 minutes. The IR camera test results show improved uniformity in heat distribution compared with conventional microheaters. For performing the gross leak check, IPA (Isopropanol Alcohol) was used. Since IPA has better wetability than water, it can easily penetrate small openings, and is more suitable for conducting a gross leak check. The pass ratio of bonded dies was 67%, for conventional localized heating, and 85% for our newly developed FP scheme. The bonding strength was more than 25Mpa for FP scheme packaging, which shows that FP scheme can be a good candidate for micro-scale hermetic packaging.