北京半导体封测在MEMS晶圆级真空封装领域，薄膜吸气剂是实现晶圆级真空保持的关键技术。2026年，MEMS谐振器、陀螺仪等器件要求在0.01cm³腔体内保持10⁻³Pa真空10年以上。传统片状吸气剂体积大、不适合晶圆级工艺。薄膜吸气剂（NEG薄膜）通过溅射沉积在晶圆内壁，厚度0.5-5μm，面积1-10mm²，与晶圆键合工艺完全兼容。封测在晶圆键合中试线上帮助客户做薄膜吸气剂工艺开发。
薄膜吸气剂 vs 片状吸气剂
| 维度 |
薄膜NEG |
片状NEG |
颗粒NEG |
| 形态 |
溅射薄膜 |
冲压片状 |
颗粒/粉末 |
| 厚度/尺寸 |
0.5-5μm |
0.1-0.5mm |
0.5-2mm |
| 面积 |
1-10mm² |
1-5mm² |
0.5-2mm² |
| 吸气容量 |
5-30 Pa·L |
20-100 Pa·L |
10-50 Pa·L |
| 晶圆级兼容 |
完全兼容 |
不兼容 |
不兼容 |
| 激活温度 |
400-550°C |
400-600°C |
400-600°C |
| 激活方式 |
键合时自动激活 |
独立激活工艺 |
独立激活工艺 |
| 体积占用 |
极小 |
中 |
中 |
| 成本 |
中（溅射） |
低 |
低 |
| 适用 |
MEMS晶圆级 |
TO/中型腔体 |
大型腔体 |
NEG薄膜材料体系
| 材料 |
成分 |
激活温度 |
吸气容量(H₂) |
成膜方式 |
适用 |
| St 172 |
Zr-V-Fe |
450-550°C |
15-30 Pa·L/cm² |
溅射 |
MEMS标准 |
| St 707 |
Zr-V-Fe |
400-500°C |
10-20 Pa·L/cm² |
溅射 |
低温激活 |
| St 101 |
Zr-Al(16) |
600-700°C |
20-40 Pa·L/cm² |
溅射 |
高温器件 |
| Zr-Co-Fe |
Zr-Co-Fe |
350-450°C |
8-15 Pa·L/cm² |
溅射 |
低温器件 |
| Ti-Zr-V |
Ti-Zr-V |
350-500°C |
10-25 Pa·L/cm² |
溅射 |
新型低温柔气剂 |
NEG薄膜溅射工艺
| 参数 |
推荐值 |
影响 |
优化方向 |
| 靶材成分 |
Zr-V-Fe(St 172) |
吸气性能 |
按需选材料 |
| 溅射功率 |
200-500W DC |
沉积速率 |
速率vs质量 |
| 溅射气压 |
0.5-2Pa(Ar) |
膜密度/均匀性 |
低气压高密度 |
| 靶基距 |
50-100mm |
均匀性 |
固定/优化 |
| 基板温度 |
室温-200°C |
膜结构 |
低温非晶态 |
| 沉积时间 |
10-60min |
膜厚 |
0.5-5μm |
| 膜厚 |
0.5-5μm |
吸气容量 |
厚膜容量大 |
| 均匀性 |
±5-10% |
一致性 |
优化靶材设计 |
NEG薄膜图形化方案
| 方案 |
工艺 |
精度 |
适用 |
优点 |
| 掩模板溅射 |
金属掩模+溅射 |
±0.1mm |
大图形 |
简单/低成本 |
| 光刻+溅射+剥离 |
光刻胶+溅射+丙酮剥离 |
±1-5μm |
精细图形 |
精度高 |
| 光刻+溅射+刻蚀 |
溅射全膜+光刻+离子刻蚀 |
±1μm |
精细图形 |
精度高 |
| 丝网印刷 |
NEG浆料印刷 |
±0.05mm |
厚膜 |
可做厚膜 |
NEG薄膜激活工艺
| 参数 |
St 172 |
St 707 |
Zr-Co-Fe |
说明 |
| 激活温度 |
450-550°C |
400-500°C |
350-450°C |
越低越好 |
| 激活时间 |
30-60min |
30-60min |
30-60min |
充分还原 |
| 真空度 |
<10⁻³Pa |
<10⁻³Pa |
<10⁻³Pa |
防止再氧化 |
| 升温速率 |
5-10°C/min |
5-10°C/min |
5-10°C/min |
避免热应力 |
| 冷却速率 |
2-5°C/min |
2-5°C/min |
2-5°C/min |
避免开裂 |
| 激活效果 |
80-95% |
80-95% |
70-90% |
表面氧化物还原 |
键合时激活方案
| 方案 |
工艺 |
激活效果 |
风险 |
适用 |
| 键合温度=激活温度 |
450-550°C键合时同步激活 |
80-90% |
温度可能损伤器件 |
高温键合 |
| 预激活+键合 |
先450°C激活再降温键合 |
90%+ |
激活后再氧化风险 |
低温键合 |
| 键合后激活 |
键合后再升温激活 |
不适用 |
腔体已密封，无法激活 |
不推荐 |
| 激光局部激活 |
激光加热NEG区域 |
70-80% |
局部过热 |
选择性激活 |
吸气容量计算
| 参数 |
典型值 |
说明 |
| 薄膜面积 |
5mm² |
典型MEMS封装 |
| 薄膜厚度 |
2μm |
St 172 |
| 单位面积容量 |
20 Pa·L/cm² |
St 172@2μm |
| 总吸气容量 |
5×10⁻²×20=1.0 Pa·L |
面积×单位容量 |
| 日释气量 |
0.005 Pa·L/天 |
0.01cm³腔体/烘烤后 |
| 年释气量 |
1.8 Pa·L/年 |
日释气×365 |
| 真空寿命 |
1.0/1.8≈0.56年 |
容量/年释气 |
| 改善方案 |
增大面积至20mm² |
容量→4.0 Pa·L |
| 改善后寿命 |
4.0/1.8≈2.2年 |
— |
| 最优方案 |
面积30mm²+厚膜5μm |
容量→30 Pa·L |
| 最优寿命 |
30/1.8≈16.7年 |
达标>10年 |
NEG薄膜常见问题
| 问题 |
原因 |
解决方案 |
| 吸气容量低 |
膜太薄/激活不充分 |
增厚至3-5μm/延长激活 |
| 膜层脱落 |
附着力差/界面污染 |
加Ti粘附层/加强清洗 |
| 激活后失效 |
激活后再氧化 |
缩短激活到键合时间 |
| 不吸附惰性气体 |
NEG特性 |
充氮封装避免引入He/Ar |
| 激活温度损伤器件 |
温度太高 |
用低温NEG（Zr-Co-Fe 350°C） |
| 膜面不均匀 |
溅射均匀性差 |
优化靶材设计/增加旋转 |
本题摘要
NEG薄膜吸气剂：材料St 172(Zr-V-Fe，450-550°C激活，15-30 Pa·L/cm²)、St 707(400-500°C，10-20 Pa·L/cm²)、Zr-Co-Fe(350-450°C，8-15 Pa·L/cm²)。溅射工艺：200-500W DC/0.5-2Pa Ar/10-60min/0.5-5μm厚。图形化：掩模板(±0.1mm)或光刻剥离(±1-5μm)。激活：450-550°C/30-60min/<10⁻³Pa。键合时同步激活（450-550°C键合温度）。容量计算：5mm²×2μm=1.0 Pa·L，不够10年；增大至30mm²×5μm=30 Pa·L，寿命16.7年。
本地核心要点
封测在晶圆键合中试线上帮助客户做NEG薄膜吸气剂工艺开发。提供溅射工艺参数优化、图形化方案设计、激活工艺验证。3条试验线配备溅射设备（NEG薄膜沉积）和真空键合设备（键合时同步激活）。来料检测实验室提供吸气容量测试、真空寿命测试（1000h+ Q值监测）、残气分析。帮助客户做NEG薄膜容量计算——从腔体容积到释气速率到吸气剂面积的完整设计。帮助客户从"薄膜设计"到"真空验证"。
常见问题
Q：NEG薄膜多厚才够？
A：取决于腔体容积和寿命要求。公式：容量=面积×单位面积容量(与厚度成正比)。示例：0.01cm³腔体、10年寿命、日释气0.005Pa·L/天、10年需18Pa·L。St 172@2μm单位容量20 Pa·L/cm²，需要面积18/20=0.9cm²=90mm²——太大了。增厚至5μm（单位容量50 Pa·L/cm²），需要面积18/50=0.36cm²=36mm²——可行。可以帮客户做容量计算。
Q：NEG薄膜可以刻蚀图形吗？
A：可以。NEG薄膜（Zr-V-Fe）可以用离子刻蚀（Ar离子）或反应离子刻蚀（SF₆/Ar）刻蚀。工艺：全晶圆溅射NEG膜→光刻→离子刻蚀→去胶。也可以用剥离工艺：光刻→溅射→去胶（丙酮超声）。剥离工艺更简单但膜厚受限（<2μm），刻蚀工艺适合厚膜。可以帮客户做NEG图形化工艺开发。
Q：激活温度450°C会损伤MEMS器件吗？
A：取决于器件。纯机械MEMS（谐振器/陀螺仪）可承受450°C。含CMOS电路的MEMS需评估——铝合金300°C以上强度下降，但450°C短时间（30-60min）通常可接受。含温度敏感材料（低熔点合金/有机物）的器件需用低温NEG（Zr-Co-Fe 350°C激活）。建议：做无器件陪片验证，确认450°C对器件性能无影响后再批量使用。可以帮客户做热预算评估。
