MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究.pdf

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1、第23卷第12期传感技术学报Vo1．23No．122010年l2月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDee．2010StudyOiltheThermalStressofMEMSHigh-gAccelerometerinthePackageLIPtng，SHIYunbo，GUOTao，LIUjun，ZHANGXiaoming(KeyLaboratoryof，Science＆DynamicMeasurement(NorthUniversityofChina)，MinistoofEducation，Taiyuan030051，China)Abstr

2、act：ThermalstressinthepackageisoneoffactorsthatleadtothefailureofMEMSdevice．AMEMShigh-gaccelerometerwasdesigned．atthesametime．thermalstressandthefactorswhicheffectthermalstresswassi—mulatedduringthesensorpackagingprosessinthispaper．Accordingtopackagingtechnology，thefiniteelementmodelofhigh-g

3、accelerometerpackagewasbuiltbyANSYSsoftwareandthermalstresswassimulatedinthediffer—entioiningtechnology．Theresultsshowthatthermalstresscanbereducedfrom135MPato33MPabycomparisonwithdirectlypatchtothebottomoftheshellwhenitbondedwiththeglass．Inthejoiningtechnology，thethermalexpansionc0efficient

4、ofthesubstrateandelasticmodulus，thermalexpansioncoeficientandthethicknessofthead—hesivearethemainfactorsthatwouldeffectthethermalstress：Inthebondingprocess，thesubstrateandthebond—ingtemperaturemainlyeffectthethermalstress．Keywords：package；MEMShigh—gaccelerometer；thermalstress；joiningtechnolo

5、gy；thermalexpansioncoeficientEEACC：7230；7320Gdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2010．12．005MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究李平，石云波，郭涛，刘俊，张晓明(中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051)摘要：封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一，本文设计了一种MEMS高g加速度传感器，并仿真研究了传感器在封装过程中的热应力及影响其大小的因素。根据封装工艺，建立设计的高g加速度传感器封装的有限元模型，利用AN—SYS软件仿真传感器在不同的贴片工艺中受到的热应力及影响热

6、应力的因素。结果显示，在封装中，与直接贴片到管壳底部相比，MEMS高g加速度传感器芯片底面键合高硼硅玻璃后再贴片到管壳底部时，封装热应力可从135MPa降低到33MPa；在贴片工艺中，基板的热膨胀系数和贴片胶的弹性模量、热膨胀系数及厚度是影响封装热应力的主要因素；在健合工艺中，基板和键合温度主要影响到热应力的大小。关键词：封装；MEMS高g加速度传感器；热应力；贴片工艺；热膨胀系数中图分类号：TP212．1；TH824．4文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)12—1695—05封装是MEMS高g加速度传感器制造中一个MEMS高g加速度传感器的封装工艺中应尽量减

7、小非常重要的环节，对器件的性能和可靠性等都有直封装热应力对传感器的影响，即应尽可能的减小由接的影响。MEMS高g加速度传感器的封装工艺中封装引起的热应力。包含了多种不同的材料和结构，且需要在一定的温本文针对特殊环境的要求，设计了一种MEMS度下进行。由于封装的各个不同部分存在着几何形高g加速度传感器。利用ANSYS建立了传感器封状、材料组成和热膨胀系数的失配，因此，在封装的装的二维模型，并根据封装工艺的实际环境仿真研过程中，由于温度梯度的分布不均而产生热应力，究了设计的加速度传感器受到的热应