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随着电子设备的不断小型化、轻量化,微电子或者微机电系统等产品尺寸都已进入微米甚至纳米级。由器件微型化带来的不同于传统大尺寸的许多特殊加工工艺和性能已成为电子行业进一步发展的首要问题。如在MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)器件制备的后道封装过程最常用的共晶键合,传统的整体加热通常会使得MEMS器件和衬底受到较大的热作用,残余热应力大或键合处扩散显著,导致芯片开裂或使MEMS器件中的一些特殊材料失效。而电磁感应加热方法因具有三维选择性快速加热等特点,能够较好的解决上述整体加热带来的可靠性问题。 本课题研究的目的在于使用数值模拟的方法分析电磁感应加热过程中的金属薄膜温度场变化特点和加热机理,得到微尺度金属薄膜温度场的各种影响因子,为感应加热键合的实际应用提供理论依据。 本课题通过分析感应加热键合的加热原理和技术特点,建立了合理的金属薄膜电磁感应加热的有限元模型,并在模型中考虑了尺寸效应对加热影响的特殊性。实际模拟了金属薄膜尺寸的变化、相对位置的变化、磁场参数的变化等情况下,其感应加热电磁场以及温度场的变化,并做了大量的验证试验与模拟结果相互拟合优化。通过对这些结果的分析,探讨微尺度下的金属薄膜感应加热的原理和特殊性,得到其尺寸效应在电磁感应加热过程中的表现。 研究表明,在影响金属薄膜感应加热温度的各种因素中,薄膜的任意一个三维方向尺寸的减少、膜表面法向与磁场方向夹角的增大以及感应电流的频率下降都会导致加热温度的下降。结果还表明薄膜器件在感应加热时存在极限尺寸,只有薄膜尺寸大于极限尺寸时器件才会被明显加热。薄膜表面积越大,厚度越厚,外加磁场频率越高、场强越大,磁场与薄膜材料表面的法向方向夹角越小,感应加热的效果越明显,极限尺寸越小。