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电子与封装 2022年第12期22卷 1-9页

作者：梁亨茂华南农业大学电子工程学院(人工智能学院) 广州510642

为提升微机电系统(MEMS)器件的性能及可靠性,MEMS圆片级封装技术已成为突破MEMS器件实用化瓶颈的关键,其中基于晶圆键合的MEMS圆片级封装由于封装温度低、封装结构及工艺自由度高、封装可靠性强而备受产学界关注。总结了MEMS圆片级封装... 详细信息

为提升微机电系统(MEMS)器件的性能及可靠性,MEMS圆片级封装技术已成为突破MEMS器件实用化瓶颈的关键,其中基于晶圆键合的MEMS圆片级封装由于封装温度低、封装结构及工艺自由度高、封装可靠性强而备受产学界关注。总结了MEMS圆片级封装的主要功能及分类,阐明了基于晶圆键合的MEMS圆片级封装技术的优势。依次对平面互连型和垂直互连型2类基于晶圆键合的MEMS圆片级封装的技术背景、封装策略、技术利弊、特点及局限性展开了综述。通过总结MEMS圆片级封装的现状,展望其未来的发展趋势。

关键词：晶圆键合微机电系统圆片级封装平面互连垂直互连

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基于VR虚拟现实技术的“集成电路”课程教学改革路径

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工业和信息化教育 2024年第6期 74-76,80页

作者：梁亨茂罗霞谢家兴代秋芳张宇刘洪山华南农业大学电子工程学院(人工智能学院) 广东广州510642

针对“集成电路”课程教学中实践现场资源匮乏、理论课程较枯燥、教学科研资源获取渠道有限等问题,运用VR虚拟现实技术开展“集成电路”课程教学改革探索极具潜力及现实意义。文章分析了“集成电路”课程教学的现存挑战,提出了囊括课程... 详细信息

针对“集成电路”课程教学中实践现场资源匮乏、理论课程较枯燥、教学科研资源获取渠道有限等问题,运用VR虚拟现实技术开展“集成电路”课程教学改革探索极具潜力及现实意义。文章分析了“集成电路”课程教学的现存挑战,提出了囊括课程思政、理实交融、教研相长3个方面的基于VR技术的“集成电路”课程教改实践路径,旨在为高校集成电路技术人才高质量培育创设新的增长点并积累经验。

关键词：集成电路教学教学改革虚拟现实技术人才培养

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纵向双侧多组差分电容式微机械结构及其制备方法

纵向双侧多组差分电容式微机械结构及其制备方法

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作者：梁亨茂 510640 广东省广州市天河区五山路483号

本发明公开纵向双侧多组差分电容式微机械结构及其制备方法，该结构包括衬底单元、器件结构单元和盖板封装单元；所述器件结构单元通过键合结构与衬底单元和盖板封装单元连接；衬底空腔平板电极的电信号从衬底键合金属层、器件键合金属... 详细信息

标准号: CN113072033B

本发明公开纵向双侧多组差分电容式微机械结构及其制备方法，该结构包括衬底单元、器件结构单元和盖板封装单元；所述器件结构单元通过键合结构与衬底单元和盖板封装单元连接；衬底空腔平板电极的电信号从衬底键合金属层、器件键合金属层、器件硅片、器件键合金属层、盖板键合金属引出至盖板顶部金属层上，器件可动结构的电信号从器件锚点结构、器件键合金属层、盖板键合金属引出至盖板顶部金属层上，所述盖板空腔平板电极的电信号从盖板键合金属引出至盖板顶部金属层上。本发明不仅可构建纵向多组差分电容结构，还在保证器件可动结构真空或气密封装的同时将衬底、盖板和件可动结构的信号接口引出至同一水平面，便于进一步晶圆键合堆叠集成。

关键词：盖板金属层衬底顶部金属层可动结构器件键合键合封装单元器件结构金属差分电容结构同一水平面差分电容衬底键合堆叠集成盖板空腔机械结构键合结构晶圆键合空腔平板平板电极器件硅片气密封装信号接口电极构建锚点制备保证

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硅基共晶键合结构、微机械器件、封装结构及制备方法

硅基共晶键合结构、微机械器件、封装结构及制备方法

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作者：梁亨茂 510640 广东省广州市天河区五山路483号

本发明公开一种硅基共晶键合结构、微机械器件、封装结构及制备方法，该硅基共晶键合结构包括被包裹在绝缘层中的硅凸台，所述硅凸台的表面高度高于或等于位于硅凸台底部的绝缘层的表面高度；该微机械器件中的器件单元通过硅基共晶键合... 详细信息

标准号: CN113200514B

本发明公开一种硅基共晶键合结构、微机械器件、封装结构及制备方法，该硅基共晶键合结构包括被包裹在绝缘层中的硅凸台，所述硅凸台的表面高度高于或等于位于硅凸台底部的绝缘层的表面高度；该微机械器件中的器件单元通过硅基共晶键合结构与衬底单元键合连接，衬底硅片的电极由硅基共晶键合结构引出至器件硅片上；利用硅局部氧化方法形成硅凸台结构，暴露器件硅区域，保证器件可动结构的刻蚀穿透；该微机械封装结构中的盖板封装互连结构单元由硅基共晶键合结构与微机械器件键合以机械与电气连接。本发明通过两次硅局部氧化层的厚度调控实现硅凸台的表面高度高于或等于绝缘层的表面高度，提升硅基共晶键合结构的机械连接可靠性和电学接触可靠性。

关键词：共晶键合硅基硅凸台绝缘层微机械器件封装结构局部氧化层衬底硅片单元键合电气连接电学接触互连结构机械连接局部氧化可动结构器件单元器件硅片电极盖板硅区域微机械衬底次硅键合刻蚀制备封装穿透暴露调控保证

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单板双侧布线式微机械结构及其制备方法

单板双侧布线式微机械结构及其制备方法

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作者：梁亨茂 510640 广东省广州市天河区五山路483号

本发明公开单板双侧布线式微机械结构及其制备方法，该微机械结构包括衬底单元和器件结构单元；所述器件结构单元包括器件硅片以及设置在器件硅片两侧的布线结构，位于底侧的布线结构设有两种电信号引出方式：器件顶侧电信号引出方式或... 详细信息

标准号: CN113023660B

本发明公开单板双侧布线式微机械结构及其制备方法，该微机械结构包括衬底单元和器件结构单元；所述器件结构单元包括器件硅片以及设置在器件硅片两侧的布线结构，位于底侧的布线结构设有两种电信号引出方式：器件顶侧电信号引出方式或器件底侧电信号引出方式；其中，所述器件顶侧电信号引出方式为电信号依次从底侧电极金属层、底侧键合金属层、器件顶侧电信号引出结构引出至器件的顶侧，所述器件底侧电信号引出方式为电信号依次从底侧电极金属层、底侧键合金属层引出至器件底侧电信号引出结构。本发明不仅在硅片的两侧设置多层布线结构，可减少所沉积多层薄膜的应力累积对可动结构的影响，还提供了两种器件结构底侧多层布线的信号接口。

关键词：引出方式顶侧器件结构布线结构合金属层器件硅片引出结构侧电极金属层侧键多层布线结构微机械结构多层薄膜多层布线机械结构可动结构两侧设置信号接口应力累积硅片板双侧布衬底沉积制备

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硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法

硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法

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作者：梁亨茂 510640 广东省广州市天河区五山路483号

本发明公开硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法，该封装结构包括微机械器件结构单元以及盖板结构单元，器件侧键合金属层和盖板侧键合金属层之间相互连接形成键合结构，盖板绝缘层上设有盖板绝缘层窗口，所述盖板侧键合金... 详细信息

标准号: CN113072032B

本发明公开硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法，该封装结构包括微机械器件结构单元以及盖板结构单元，器件侧键合金属层和盖板侧键合金属层之间相互连接形成键合结构，盖板绝缘层上设有盖板绝缘层窗口，所述盖板侧键合金属层通过该盖板绝缘层窗口与盖板硅片电连接；所述盖板硅片以及盖板顶层金属上设有环绕在所述盖板绝缘层窗口四周的绝缘沟槽，所述器件侧键合金属层和盖板侧键合金属层形成的键合结构对绝缘沟槽下方的盖板绝缘层进行支撑；盖板硅片在绝缘沟槽内侧形成硅柱垂直互连结构。本发明避免了每一硅柱互连结构所需的独立键合密封环，减小了硅柱互连结构整体的晶圆占用面积并提升硅柱互连密度，有利于封装结构的小型化。

关键词：盖板绝缘层合金属层侧键硅柱盖板硅片绝缘沟槽垂直互连封装结构互连结构键合结构晶圆级封装结构微机械器件顶层金属盖板结构电连接独立键密封环微机械互连减小晶圆制备环绕占用支撑

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基于硅柱互连的MEMS三维圆片级封装技术研究

基于硅柱互连的MEMS三维圆片级封装技术研究

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作者：梁亨茂中国科学院大学

学位级别：博士

随着封装技术的发展，以垂直互连为特征的先进三维封装技术已成为MEMS集成制造的关键，而圆片级真空封装是实现高Q值谐振式MEMS器件的低成本制造和实用化的重要环节。然而现有基于垂直互连的MEMS三维封装技术面临工艺复杂、缺乏全硅制... 详细信息

随着封装技术的发展，以垂直互连为特征的先进三维封装技术已成为MEMS集成制造的关键，而圆片级真空封装是实现高Q值谐振式MEMS器件的低成本制造和实用化的重要环节。然而现有基于垂直互连的MEMS三维封装技术面临工艺复杂、缺乏全硅制造潜力、以及应用局限性（难以对含有多层金属互连线进行气密封装的信号接口）等诸多挑战。为此，本论文工作融合金硅共晶键合技术创新性地提出一种基于硅柱互连的全硅MEMS三维圆片级封装技术，其通过构建共面键合结构并以两步光刻实现低阻硅盖板对器件气密封装的同时形成硅柱垂直互连通路。具体地，本论文就其中所涉及关键的KOH腐蚀减薄的工艺兼容性、金硅键合的欧姆接触电阻和键合强度展开了深入研究，并以此为基础实现了基于硅柱互连的MEMS谐振器三维圆片级真空封装技术，进而对三维封装的工艺效果、封装结构性能进行了表征分析。\n 首先，针对金硅共晶键合技术与KOH腐蚀工艺兼容性研究的空白，本论文详细论述了Au/bulk Si键合和Au/α-Si键合两种结构与KOH腐蚀的工艺兼容性。其一利用KOH各向异性腐蚀的特点分析并解释了Au/bulk Si键合在KOH腐蚀中侧向钻蚀现象与成因;其二提出了为保证Au/α-Si键合结构与KOH腐蚀工艺兼容性所需满足α-Si/Au薄膜厚度比的条件;其三创新性地提出一种基于两步LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)的改进型Au/bulk Si键合结构，从而解决了传统Au/bulk Si键合结构在高键合质量与KOH腐蚀兼容性之间的矛盾。\n 其次，为了发掘金硅共晶键合技术在三维互连中的应用潜力，一方面通过对不同键合温度（350℃、400℃和430℃）和接触图形半径（3～20μm）下金硅键合欧姆接触电阻的测试发现，当键合温度高于金硅共晶温度363℃时为保证电互连的可靠性需满足接触半径大于10μm（此时接触电阻＜2Ω），但上述键合温度下总测试电阻值差异不大（均值偏差＜20％），这奠定了金硅共晶键合应用于硅柱垂直互连结构中的可行性基础;另一方面基于有限元分析和金硅键合强度测试结果讨论了键合强度与单一键合图形形状（方形与圆形）的关系以及与键合面积(＜1mm2)的反比关系，这为后续硅柱互连结构的形状和尺寸设计提供了指导。\n 再次，为解决MEMS封装中多层金属互连线跨越键合密封环产生“台阶”导致的封装泄漏这一共性问题，论文创新性地构建了基于金硅共面键合的硅柱互连结构，并通过气密性测试（He检漏试验，＜5×***/sec）和硅柱互连阻抗测试（单硅柱电阻约1Ω，含0.5Ω的金属/半导体欧姆接触电阻）验证了共面键合结构在满足MEMS气密封装中多层金属互连所需的垂直信号接口的有效性。\n 最后，论文以金硅共面键合的硅柱互连结构为基础，设计并实现了基于硅柱互连的MEMS谐振器三维圆片级真空封装结构。其一，论文通过对器件封装的寄生电容量化分析，提出了以接地屏蔽方法实现谐振特性测试中馈通效应的抑制（寄生电容在接地屏蔽前后pF→fF量级）;其二，论文所实现的MEMS谐振器三维圆片级封装，具有较高的晶圆单片合格率（硅柱互连结构电绝缘性的3片晶圆的单片合格率分别为78.6％、76.5％、46.9％，封装气密性的3片晶圆的单片合格率分别为72.7％、87.5％、100％），并具备真空封装能力(～1kPa)和真空度保持的长期稳定性（＞6个月）;其三，论文就影响器件Q值的封装工艺和封装结构等因素进行了测试和分析，为MEMS谐振器封装的Q值提升提供了优化设计思路。综上所述，所提出的基于硅柱互连的三维封装技术为MEMS三维圆片级真空封装开辟了一条低阻垂直互连、工艺简单、可全硅制造、可对气密封装中多层金属互连信号接口的高性价比解决思路，并具较广泛的应用潜力和通用性。

关键词： MEMS谐振器三维圆片级真空封装硅柱互连结构表征

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基于FPGA的可重构水果分拣系统设计

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信息与电脑 2023年第12期35卷 172-176页

作者：尤德安黄振乾郑代德陈梓帆梁亨茂华南农业大学电子工程学院(人工智能学院) 广东广州510642

针对当前水果分拣系统存在灵活性低、运行速度慢、资源利用率低的问题,采用现场可编程逻辑门阵列(Field Progranunable Gate Array,FPGA)设计了一款可重构水果分拣系统。系统主要分为水果分级子系统和机械手抓取子系统,结合水果颜色与... 详细信息

针对当前水果分拣系统存在灵活性低、运行速度慢、资源利用率低的问题,采用现场可编程逻辑门阵列(Field Progranunable Gate Array,FPGA)设计了一款可重构水果分拣系统。系统主要分为水果分级子系统和机械手抓取子系统,结合水果颜色与形态特征实现水果精准分级与定位,通过异步串口通信协议(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,UART)传输坐标信息,经逆运动学算法解算,由六轴机械臂实现实时分拣腐烂水果,再判定完好水果进行水果品质。经测定,该分拣系统可移植性高、运行速度快、资源利用率高,在水果分拣领域具有较高的应用价值。

关键词：水果分拣现场可编程逻辑门阵列(FPGA) 可重构机械手抓取

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基于FPGA的冰雪赛场补冰巡检一体化机器人设计

引用

信息与电脑 2023年第3期35卷 182-184页

作者：尤德安杜雨书曾美琪刘洪山梁亨茂华南农业大学电子工程学院(人工智能学院) 广东广州510642

针对2022北京冬季奥运会的特色“科技冬奥”,设计基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的补冰巡检一体化机器人,以减轻冰场补冰员的负担。利用可编程器件FPGA采集处理多源传感器信号,结合沉芯微控制单元(Micro... 详细信息

针对2022北京冬季奥运会的特色“科技冬奥”,设计基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的补冰巡检一体化机器人,以减轻冰场补冰员的负担。利用可编程器件FPGA采集处理多源传感器信号,结合沉芯微控制单元(Micro Controller Unit,MCU)反馈控制六轴机械臂,并融合灰度深度双特征,实现精准补冰。本系统通过冰场在线联调验证系统的有效性,测试了补冰精确性。结果表明,该系统能准确检测大小各异的冰坑,并实现精准补冰,在冰雪运动中具有很高的应用前景和商业价值。

关键词：现场可编程逻辑门阵列(FPGA) 冰场补冰机器人

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阵列式微机械结构、微机械磁传感器及信号差分处理方法

阵列式微机械结构、微机械磁传感器及信号差分处理方法

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作者：梁亨茂陆文凯蔡坪洋 510640 广东省广州市天河区五山路483号

本发明公开一种阵列式微机械结构、微机械磁传感器及信号差分处理方法，该阵列式微机械结构通过单一谐振单元的串并联阵列化拓扑组合而成;在该阵列式谐振结构上设置线圈等要素，构成阵列式磁传感器结构;线圈可以用于洛伦兹力式磁感原理...

标准号: CN118465639A

本发明公开一种阵列式微机械结构、微机械磁传感器及信号差分处理方法，该阵列式微机械结构通过单一谐振单元的串并联阵列化拓扑组合而成;在该阵列式谐振结构上设置线圈等要素，构成阵列式磁传感器结构;线圈可以用于洛伦兹力式磁感原理的驱动线圈或用于电磁感应式磁感原理的感测线圈;根据阵列式谐振结构模态的同相或反相组合，将阵列式结构的各局部谐振单元上的线圈两端电极进行共地的并联处理实现差分输出;对于洛伦兹力原理的情况可将阵列式结构中同相位变化的敏感电容极板连为一体，构成最终的两个反相变化敏感电容端口形成差分输出，不仅通过磁感单元阵列化提高磁传感器的输出信号幅度，而且通过信号差分处理提高传感信号质量及稳定性。

关键词：

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