论文题目: MEMS器件设计、封装工艺及应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理电子学
作者: 关荣锋
导师: 黄德修,刘胜
关键词: 设计,封装工艺,压力传感器,硅微陀螺仪
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: MEMS 封装是MEMS 的关键技术之一,而且其封装占整个MEMS 器件成本的50～80%。本文采用理论、数值模拟、实验等方法系统的研究了MEMS 和光电子器件气密封装工艺中的关键技术问题。本文同时在此基础上,开发了MEMS 压力传感器和硅微机械陀螺仪的批量化封装工艺。研究工作的创新点总结如下: 1)在国内首次系统的研究了MEMS 封装工艺,建立了MEMS 器件级封装工艺规范。论文中以清洗、贴片、引线和气密封帽工艺为重点,研究了工艺中的技术难点,提出了确保封装工艺稳定性和可靠性的技术要点。对焊料贴片工艺建立了四种模型,分析了贴片工艺中焊料孔洞对器件导热性能的影响,其结果表明焊接层中的孔洞对焊接结点导热性能的影响很大。当孔洞过大时,焊接结点的热阻会迅速增大,芯片温度会迅速升高。以脊型波导激光器为例计算了孔洞对芯片温升的影响。研究了粘胶贴片中贴片胶的热膨胀系数和杨氏模量对芯片翘曲的影响,在此基础上设计了粘胶贴片工艺方法,并通过实验对贴片剪切强度进行了测量,测得贴片工艺的可靠性和一致性都很好。用实验方法研究了等离子清洗工艺,建立了完整的等离子清洗工艺流程,获得了提高引线键合强度的优化清洗工艺参数。研究成果为我国制定MEMS 封装工艺标准打下了坚实的基础。2)根据半导体激光器件(LD)的气密封装要求,设计了完整的封装工艺方法和流程,应用有限元方法对封装工艺过程进行了模拟和优化,结果表明:在封装工艺过程中,热应力引起激光芯片的位移略大于1μm,平行缝焊工艺引起LD 的温升为37℃。这说明所设计的封装工艺是合理有效的。其封装工艺方法对其它光电子器件的封装具有重要借鉴作用。粱膜结构封装的耐高温(250℃)压力传感器已开始小批量生产和销售。但产品贴片的成品率和批量化贴片生产是国内及待解决的技术难题。本文选择不同性质的四种贴片材料,应用有限元方法对贴片工艺进行了模拟分析,结果表明选择合适的焊接材料,优化贴片焊料厚度是提高成品率的关键。3)应用半导体压阻效应原理和薄膜变形理论建立了MEMS 压力敏感芯片设计准则,分析了影响压力传感器性能的各种因数。系统的阐述了扩散硅压力传感器的设
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪言
1.1 MEMS 技术
1.2 MEMS 封装技术
1.3 MEMS 封装面临的挑战
1.4 课题来源、研究内容及论文安排
2 MEMS 封装的基本工艺
2.1 焊料帖片工艺对导热性能的影响
2.2 胶粘贴片应力与翘曲分析
2.3 贴片强度测量
2.4 等离子清洗与引线键合强度
2.5 气密封帽工艺研究
2.6 本章小结
3 封装工艺优化设计
3.1 光电子器件气密封装工艺模拟分析
3.2 耐高温的压力传感器的封装
3.3 本章小结
4 MEMS 压力传感芯片设计
4.1 半导体材料的压阻效应
4.2 薄膜变形理论
4.3 硅压阻压力传感器工作原理
4.4 硅压阻压力传感芯片设计
4.5 本章小结
5 压力传感器的封装
5.1 封装的基本要求及典型封装形式
5.2 TO 封装
5.3 不锈钢隔离膜片封装
5.4 压力传感器的产品设计与开发
5.5 本章小结
6 MEMS 真空封装工艺
6.1 真空封装工艺设备研制
6.2 密封腔体真空度下降的主要原因
6.3 真空保持的方法-吸气剂
6.4 MEMS 惯性器件的封装
6.5 陀螺仪的真空封装
6.6 本章小结
7 静电键合及其应用
7.1 静电键合原理
7.2 静电键合工艺参数
7.3 真空静电键合实验
7.4 真空微型密封腔静电键合工艺研究
7.5 真空微型密封腔体薄膜变形测量
7.6 本章小结
8 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 对今后工作的建议及展望
致谢
参考文献
附录 攻读学位期间发表学术论文目录
发布时间: 2006-04-05
参考文献
- [1].3D封装工艺及可靠性研究[D]. 李操.华中科技大学2015
- [2].基于工艺力学的MEMS封装若干基础问题研究[D]. 朱福龙.华中科技大学2007
相关论文
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- [3].多层膜结构电容式压力传感器及其CMOS兼容工艺的研究[D]. 周闵新.东南大学2006