COB及叠层热致封装效应对微构件特性的影响

摘要

目前，由于MEMS器件的集成密度和功率密度都很高，以及MEMS器件大多采用多种材料的层叠结构，造成结构之间热膨胀系的不同。所以，当器件工作温度变化时，会引起封装对MEMS内部结构的应力、可靠性等影响。MEMS中微构件通常作为执行机构，微构件本身处于微米级，对应变和应力十分敏感。因此，封装效应引起微构件特性变化的研究，对MEMS微构件的设计具有重要的理论指导意义。
　　本文针对COB（Chip on Board）封装工艺和叠层封装工艺这两种情况，研究不同基板材料，不同基板厚度及温度场变化下封装对微构件特性的影响。首先，利用Timoshenko双层梁理论和三层梁理论，推导出N层梁的理论数学模型。对MEMS微构件的封装热变形进行分析，从热应力等方面进一步分析对微构件热变形存在的机理。
　　其次，建立COB封装工艺和叠层封装工艺下两种有限元分析模型，通过有限元软件从基板材料的变化、基板厚的变化和温度载荷变化等方面，分析热封装效应对微构件的热变形影响。
　　再次，在之前热变形分析基础上，利用有限元从基板材料的变化、基板厚的变化和温度场变化等方面，分析COB封装工艺和叠层封装工艺对微构件固有频率的影响。
　　最后，在之前热变形分析基础上，利用有限元分析多晶硅微构件的疲劳使用因子，得出封装应力会抵消部分垂直循环载荷应力，从而降低了疲劳使用因子，从疲劳上看封装效应降低了微构件的疲劳特性。
　　通过有限元的分析可知，MEMS封装对微构件的应力和应变、固有频率及疲劳都产生了显著的影响。因此，本研究对MEMS器件微构件的设计和改善具有一定的指导意义。

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1 绪论

1.1 MEMS封装效应对微构件影响的研究意义

1.2 MEMS封装的概述

1.3 MEMS封装效应对微构件特性影响的国内外现状1.3.1 MEMS封装效应对微构件特性影响的国外现状

1.4 本课题拟解决的关键问题和方案的确定

1.5 本课题研究的主要内容

2 热致封装效应对MEMS机械耦合效应理论分析

2.1 热致封装效应概述

2.2 多层结构热变形的经典理论

2.3 MEMS热变形分析[43-44] 2.3.1 热应力

2.4 本章小结

3 MEMS微构件的封装热变形有限元分析

3.1 不同封装工艺下微构件有限元模型建立3.1.1 微构件COB封装模型的建立

3.2 微构件在COB封装工艺下的热变形分析

3.3 微构件在叠层封装工艺下的热变形分析

3.4 本章小结

4 热致封装效应下MEMS微构件的模态分析

4.1微悬臂梁的振动分析

4.2 微构件在COB封装工艺下的模态分析

4.3 微构件在叠层封装工艺下的模态分析

4.4 本章小结

5热致封装效应下MEMS微构件疲劳分析

5.1 疲劳寿命的预测

5.2 封装对微构件疲劳的影响分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间正式发表的学术论文

致谢