高量程mems加速度计封装研究-材料物理与化学专业论文

《高量程mems加速度计封装研究-材料物理与化学专业论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、优秀毕业论文中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文高量程MEMS加速度计封装研究姓名：蒋玉齐申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：罗乐20040601精品参考文献资料优秀毕业论文蒋玉齐：商量程MEMS加速度计封裟研究高量程MEMS加速度计封装研究蒋玉齐(专业：材料物理与化学)指导教师：罗乐研究员摘要高量程MEMS加速度传感器是测量高冲击过程的核心器件。由于加速度很高(几万旷几十万g)，封装成为器件制造的难点与器件可靠性的关键所在。本论文对一种先进的高量程双悬臂梁压阻式MEMS加速度传感器的封装进行了系统研究，主要包括如下两方面的内容：1)对加速

2、度计的封装结构进行了有限元模拟分析，从模态、静态、动态角度分析和优化了加速度计的封装结构和封装材料。模态分析研究了封装结构的振动特性，而响应分析分别在10万g静态与半正弦的动态冲击加速度加载下进行，并将惠斯登电路检测原理应用于模型的响应计算中。对封装管壳内灌封胶弹性模量影响进行了系统分析。模态分析表明：随着封装管壳内灌封胶弹性模量(E)的提高，封装结构同一振型的模态频率也提高；当弹性模量E<1GPa时，灌封胶对振动很敏感，封装结构表现为灌封胶的振动；在通常灌封胶弹性模量下(E>1GPa)，封装结构的模态频率主要取决于管壳的模态频率。动态载荷下等效应力分析表明：芯片

3、粘结胶、芯片及其硅盖板之间封接胶环的等效应力随着灌封胶弹性模量(E)的增加而减小：E>5GPa时封接胶环的最大等效应力趋于稳定，封装结构在加速度加载方向振型的模态频率稍高于管壳的模态频率，这样的灌封胶适宜于保护芯片。动态响应分析表明：灌封胶对加速度计输出信号峰值的影响可以忽略，各种弹性模量下的响应曲线基本重合。分析了不同管壳材料的影响，发现管壳材料的比模量(ElP)越大，封装结构的模态频率越高，封装结构其他材料的应力也越小。使用铝台金、钛合金或不锈钢管壳时加载方向振型的模态频率均为150kHz左右，明显高于敏感梁的基频(81．58kHz)，提高了器件的抗冲击性能。

4、在冲击作用时间内加速度计的响应是外界冲击载荷下的响应，由稳态响应和瞬态响应组成，前者与半周期、峰值均和外界加速度脉冲相同的加速度筒谐激励有关，后者与悬臂梁的固有频率特性有关。冲击作用结束后，加速度计的响应为有阻尼的自由振动。输出信号峰值与加速度载荷之间线性关系很好。静态加速度下的输出灵敏度可达到1．28“v旭。模拟输出电压值与解析解及测试结果都接近。2)对高量程加速度计的封装工艺进行了研究，侧重于先进的圆片级封装，它代表了高量程MEMS加速度传感器的发展趋势，是MEMS加速度计产业化的关键所在。研究了单芯片封装方法，对工艺各环节的相关技术进行了探讨，对芯片的正面和

5、中国科学院t海微系统与信息技术研究所博士学位论文精品参考文献资料优秀毕业论文蒋玉弃：商量程MBMS加速度计封装硪究背面保护的可靠性问题进行了失效机理分析等深入探索。提出须采用圆片级封装才能根本地解决芯片保护的可靠性问题，尝试采用了两种不同的有机粘结剂圆片级封装方法：点胶涂胶方法(dispensing)和旋涂涂胶方法(spincoating)。分别摸索了一套适合于MEMS加速度计圆片级封装的工艺和参数。其流程为先用硅一玻璃键合来保护芯片背面，再通过芯片盖板粘结来保护芯片的正面，同时为：卷片留出互连通道。对于点胶涂胶方法，尝试应用了各种表面贴装有机胶，获得了均匀、稳定

6、、大小适中的有机胶线条图形，在低温(150℃)和较低的辅助压力下实现了高量程加速度计模拟原型的圆片级封装，并对相关的胶体选择、影响涂胶质量的设备因素、胶体因素、几何构型因素等进行了优化。对于旋涂涂胶方法，尝试应用了一种新型的电子封装材料BCB胶(苯并环丁烯)，可实现对器件中心区域的完全密封，信号线通过BCB胶时被埋置其中。创造性地采用了直接在有结构的芯片盖板上旋涂胶，进行圆片级选择性键合的简化新工艺。在低温(250。C)和适当压力辅助下(≤2．5Bar)初步实现了高量程加速度计的圆片级封装，并对与该技术相关的旋涂、键合、气氛、压力等诸多工艺参数进行了初步优化。结果

7、表明有机粘结剂用于高量程加速度计的圆片级封装的技术路线是可行的，具有低温键台、与CMOS工艺兼容性好、工艺适应性强等优点，具有潜在的产业化应用价值。关键词：高量程MEMS加速度计，圆片级封装，模态分析，响应分析，BCB中国科学院．卜海微系统与信息技术研究所博士学位论文精品参考文献资料优秀毕业论文蒋玉齐：商量程MEMS加速度汁封装研究StudyonthePackagingofHigh—gMEMSAccelerometerYuqiJiang(Major：MaterialPhysicsandChemistry)Directedby：proj．LeLuoABSTRACTH

8、igh—g