论文摘要
随着MEMS和无线传感技术的发展，对封装密度、集成度、性能和可靠性等提出了更高的要求。三维堆叠模块化封装技术可以将电子、流体、光学等器件集成在一个模块里，实现MEMS／IC、数字／模拟器件的混合组装。垂直互连技术是三维堆叠模块化封装互连的关键性技术。本文提出了一种基于凸点垂直互连技术的新颖的三维堆叠模块化封装结构并对其制备和可靠性进行了研究。新设计的封装结构是一种将加速度计芯片及调制解调电路集成于三层堆叠模块。采用了顶层模块、框架模块和底层模块的三层堆叠模块结构，主要工艺步骤为：一、对单层模块进行贴片、引线键合和包封；二、印刷焊膏，贴装无源元件；三、用一种新型的垂直定位装置进行定位和回流焊。本文详细阐述了每个实验步骤的具体过程，并通过显微镜、X-ray、Keithley 4500 QIVC等仪器对每个阶段的实验结果进行了观察和分析，并对设计参数进行了优化。该结构成功的把MEMS器件与IC芯片混合组装在同一模块里；采用了定位销／孔的定位方式，可同时进行3×3个模块的高精度堆叠定位（其对位误差约0.068mm）；通过丝网印刷焊膏，一次回流焊接完成堆叠模块的垂直互连；对模块进行的剪切力测试表明采用印刷焊膏回流实现垂直互连的强度满足相关标准（MIL-STD-883E）；封装体积小（整个加速度计调制解调系统封装后的体积为19×19×8mm3）；对项层模块与底层模块之间的垂直互连的电性能进行了测量，垂直互连电阻在0.01Ω-0.03Ω之间；最后采用热循环实验对该结构的可靠性进行了测试，结果发现热循环对该封装结构的电性能没有重大影响。本工作主要在工艺方面实现了该封装结构，为进一步的实用化奠定了基础。