Etudes des procédés d'encapsulation hermétique au niveau du substrat par la technologie de transfert de films

Wafer Level Hermetic Packaging Study using Film Transfer Technology

• Auteur / Autrice : Vincent Beix
• Direction : Elisabeth Dufour-Gergam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/12/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique fondamentale (Orsay, Essonne ; 19..-2016) - Institut d'électronique fondamentale
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elisabeth Dufour-Gergam, Thérèse Leblois, Claude Pellet, Martial Desgeorges, Michaël Tatoulian, Virginie Hoel, Fabrice Verjus
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thérèse Leblois, Claude Pellet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étanchéité

Mots clés libres

Scellement hermétique

Transfert de film

Encapsulation à l’échelle du substrat de MEMS

Hermetic bonding

Film transfer technology

Wafer level packaging for MEMS

Résumé

Les micro-dispositifs comportant des structures libérées et mobiles sont d’une part très sensibles aux variations de leur environnement de travail, et d’autre part très fragiles mécaniquement. L’étape de découpe du substrat en plusieurs puces est extrêmement agressive et peut entrainer la destruction totale des micro-dispositifs. L’encapsulation avant la découpe va alors prémunir les micro-composants lors de cette étape critique et continuer à garantir leur bon fonctionnement tout au long de leur utilisation en conservant la stabilité et la fiabilité de leur performance. Le conditionnement doit en outre interfacer les micro-dispositifs encapsulés avec le monde macroscopique en vue de leur utilisation. De nombreux procédés de fabrication ont déjà été développés pour l’élaboration d’un conditionnement. C’est le cas de l’encapsulation puce par puce, substrat - substrat, par couche sacrificielle par exemple. Ils sont toutefois très contraignants (encombrement, compatibilité, coût, …). Nous avons étudié, au cours de cette thèse, un procédé innovant de conditionnement hermétique par transfert de film utilisant une couche à adhésion contrôlée. Cette technologie consiste à élaborer des capots protecteurs sur le substrat moule puis à les reporter collectivement pour encapsuler les micro-dispositifs. Ce procédé est totalement compatible avec un interfaçage électrique de composant qui traverse les cordons de scellement ou le capot. Ce procédé nécessite la maîtrise de la croissance de divers films (C, CxFy, Ni, AlN, parylène, BCB, Au-In) et permet d’obtenir des boitiers étanches, hermétiques et robustes qui devraient très rapidement pouvoir être utilisés pour le conditionnement de MEMS.

Micro-devices which are composed of free standing or mobile structures are very sensitive to the working condition and mechanically very fragile. The saw dicing steps is very aggressive and it can destroy the micro-devices. Packaging will prevent the micro devices from any damage during this critical step and also take care of it all along its life by controlling its performance stability and reliability. Moreover, the suited devices use needs a connection to the macroscopic word through the packaging. Many packaging process flow has already developed such as pick and place, wafer to wafer, thin film packaging with a sacrificial layer. Nevertheless, they have got many drawbacks (footprint, process compatibility, cost …). We have developed an attractive wafer level hermetic packaging process by film transfer technology during this these. It relies on a transferred molded film cap from a carrier wafer to the donor wafer. Electrical path can be done through the cap or the bonding ring. Cap manufacturing need a high layer growth skill for example in C, CxFy, Ni, AlN, parylène, BCB, Au-In films to make robust, hermetic encapsulation which should be soon used for MEMS packaging.