Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Transfer Printing of Nanomaterials and Microstructures Using A Wire Bonder
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Micro and Nanosystems.ORCID iD: 0000-0002-3325-8273
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Micro and Nanosystems.ORCID iD: 0000-0002-8853-0967
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Micro and Nanosystems.ORCID iD: 0000-0002-8821-6759
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Micro and Nanosystems.ORCID iD: 0000-0002-0525-8647
Show others and affiliations
(English)In: Article in journal (Refereed) Submitted
National Category
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-259160OAI: oai:DiVA.org:kth-259160DiVA, id: diva2:1350648
Available from: 2019-09-11 Created: 2019-09-11 Last updated: 2019-09-11
In thesis
1. Heterogeneous Integration Technologies Based on Wafer Bonding and Wire Bonding for Micro and Nanosystems
Open this publication in new window or tab >>Heterogeneous Integration Technologies Based on Wafer Bonding and Wire Bonding for Micro and Nanosystems
2019 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Heterogeneous integration realizes assembly and packaging of separately manufactured micro-components and novel functional nanomaterials onto the same substrate. It has been a key technology for advancing the discrete micro- and nano-electromechanical systems (MEMS/NEMS) devices and micro-electronic components towards cost-effective and space-efficient multi-functional units. However, challenges still remain, especially on scalable solutions to achieve heterogeneous integration using standard materials, processes, and tools. This thesis presents several integration and packaging methods that utilize conventional wafer bonding and wire bonding tools, to address scalable and high-throughput heterogeneous integration challenges for emerging applications.

The first part of this thesis reports three large-scale packaging and integration technologies enabled by wafer bonding. Two low-temperature wafer-level vacuum packaging approaches are realized using narrow footprint metal-based sealing rings (Cu-Cu and Al-Au bonding, respectively). As Cu and Al are standard materials used in complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) wafers, these two methods can be used for system-on-chip (SoC) integration of vacuum packaged MEMS with CMOS circuits. Then, an integration method for transferring large-area 2D materials, including graphene, hexagonal boron nitride (h-BN), and molybdenum disulfide (MoS2), from their growth substrates to target substrates and formation of graphene/h-BN heterostructures by adhesive wafer bonding is demonstrated. Such a method would facilitate large-scale fabrication of novel 2D material-based devices.

The second part of this thesis describes two different heterogeneous assembly approaches enabled by wire bonding. The first work realizes scalable vertical integration of microchips that are in-plane fabricated from the source wafer into a separate receiving substrate. The contactless assembly of microchips is realized by magnetic assembly and the electrical contacting is achieved by wire bonding on the sidewalls of the vertically assembled microchips. The second work deals with transfer of carbon nanotubes and Si micro-structures from their growth/fabrication substrates to target substrates by utilizing wire bonder as an automated manipulation tool. These methods could be useful for high-throughput 3D integration of microstructures and nanomaterials for various applications.

Abstract [sv]

Heterogen integration förverkligar montering och förpackning av separat tillverkademikrokomponenter och nya funktionella nanomaterial på samma substrat. Det har varit en nyckelteknologi för att avancera diskreta mikro- och nano-elektromekaniska systemenheter (MEMS/NEMS) och mikroelektroniska komponenter mot kostnadseffektiva och yteffektiva multifunktionella enheter. Utmaningar kvarstår dock, särskilt när det kommer till skalbara lösningar för att uppnå heterogen integration med hjälp avstandardmaterial, processer, och verktyg. Den här avhandlingen presenterar flera integrations- och förpackningsmetoder som använder konventionella skivbindnings- och trådbindningsverktyg för att ta itu med integrationsutmaningar associerade med skalning och genomströmning för nya applikationer.

Den första delen av denna avhandling rapporterar tre storskaliga förpacknings- och integrationsteknologier som möjliggörs av skivbindning. Två vakuumförpackningsmetoder med låg temperatur på skivnivå realiseras med hjälp av smala metalbaserade tätningsringar (Cu-Cu respektive Al-Au-bindning). Eftersom Cu och Al är standardmaterial som används i komplementära metalloxidhalvledare (CMOS) -skivor, kan dessa två metoder användas för system-på-chip (SoC) integration av vakuumförpackade MEMSmed CMOS-kretsar. Sedan demonstreras en integrationsmetod för att överföra 2D-material med stor yta, inklusive grafen, hexagonal bornitrid (h-BN) och molybdendisulfid(MoS2), från deras tillväxtunderlag till målsubstrat, och bildning av grafen/h-BNheterostrukturer genom klisterbindande skivbindning. En sådan metod skulle underlättastorskalig tillverkning av nya 2D-materialbaserade enheter.

Den andra delen av den här avhandlingen beskriver två olika heterogena monteringsmetoder möjliggjorda genom trådbindning. Det första arbetet realiserar en skalbar vertikal integration av mikrochip som är fabrikerade planparallella med källskivan och överförda till ett separat mottagande substrat. Den kontaktlösa monteringen av mikrochip realiseras genom magnetisk montering och den elektriska kontakten uppnås genom trådbindning på sidoväggarna på de vertikalt sammansatta mikrochipen. Det andra arbetet handlar om överföring av kolnanorör och Si-mikrostrukturer från derastillväxt/tillverkningssubstrat till målsubstrat genom att använda trådbindning som ett automatiserat manipuleringsverktyg. Dessa metoder kan vara användbara för 3D-integration med hög genomströmning av mikrostrukturer och nanomaterial för olikaapplikationer.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2019. p. 81
Series
TRITA-EECS-AVL ; 2019:65
Keywords
Micro-electromechanical systems (MEMS), heterogeneous integration, wafer bonding, vacuum packaging, hermetic packaging, wire bonding, magnetic assembly, 2D materials, 2D heterostructures, graphene, hexagonal boron nitride(h-BN), molybdenum disulfide (MoS2), carbon nanotubes (CNTs).
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-259161 (URN)978-91-7873-280-7 (ISBN)
Public defence
2019-10-04, Sal F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2019-09-12 Created: 2019-09-11 Last updated: 2019-09-12Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Search in DiVA

By author/editor
Wang, XiaojingSchröder, StephanEnrico, AlessandroNiklaus, FrankStemme, GöranRoxhed, Niclas
By organisation
Micro and Nanosystems
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 49 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf