高G值MEMS加速度传感器的封装研究

摘要

随着MEMS技术的不断发展，MEMS器件对封装的可靠性、稳定性、封装成本等方面的要求不断提高，因此圆片级封装成为MEMS封装技术发展的必然趋势。本文针对高G值MEMS加速度传感器的封装进行了系统研究，在真空封装理论、设备和工艺方面作了一些探讨，具体研究内容如下：
　　(1)运用真空物理相关理论分析了MEMS封装腔体内的真空度与气体吸附和脱附、气体通过小孔的流动之间的关系，同时研究了MEMS圆片级真空封装的基本工艺原理。
　　(2)在真空封装机上研究了真空环境的静电键合工艺，实验结果表明该工艺具有良好的键合质量，其变形和应力更小。
　　(3)对基于BCB的圆片级封装工艺进行了研究，它代表了MEMS加速度计传感器封装的发展趋势，是MEMS加速度计产业化的关键所在。选用3000系列BCB材料进行MEMS传感器的粘结键合工艺试验，解决了圆片级封装问题，在低温(250℃)和适当压力辅助下(≤2.5Bar)实现了加速度计的圆片级封装，并对相关的旋涂、键合、气氛、压力等诸多工艺参数进行了优化。
　　(4)在最优化的工艺条件下完成了MEMS加速度传感器的封装结构后，将圆片划分为单个封装单元进行质量测试。本文采用剪切力测试方法对该结构的封装强度进行测试，结果表明封装强度都在8MPa以上；采用氦气细检漏和氟油粗检漏相结合的方法对封装结构的气密性进行测试，结果表明都符合了相关的测试标准；采用热循环实验对封装结构进行了可靠性测试，结果表明封装结构的气密性略有降低但不严重。

目录

文摘

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致谢

插图清单

第一章 绪言

1.1 MEMS技术

1.2 MEMS封装技术

1.3 MEMS器件几种重要的封装形式

1.3.1 单芯片封装

1.3.2 圆片级封装

1.3.3 MCM和微系统封装

1.4 文献回顾

1.4.1 圆片级封装技术

1.4.2 真空封装技术

1.5 课题来源、研究内容及论文安排

1.5.1 课题的来源目的和意义

1.5.2 研究内容及论文安排

第二章 MEMS真空封装基本理论

2.1 真空密封腔体中的气体分子运动规律

2.2 材料的吸附特性和密封腔体内压强的关系

2.3 外壳微孔泄露和腔体内压强的关系

2.4 空气阻尼对MEMS惯性器件的影响

2.5 MEMS真空封装中吸气剂的研究

2.5.1 吸气剂的种类和吸气机理

2.5.2 吸气剂的激活方式

2.6 本章小结

第三章 MEMS加速度传感器圆片级封装

3.1 封装结构

3.2 阳极键合

3.2.1 阳极键合原理

3.2.2 阳极键合工艺参数

3.2.3 阳极键合工艺流程

3.3 粘结剂(BCB)键合

3.3.1 粘结剂键合

3.2.2 BCB材料

3.3.3 BCB键合机理

3.3.4 BCB键合工艺流程

3.3.5 工艺实验结果讨论及优化

3.4 本章小结

第四章 MEMS加速度传感器的性能检测及可靠性分析

4.1 MEMS加速度传感器圆片级封装性能检测

4.1.1 键合强度检测

4.1.2 键合质量气密性检测

4.1.3 键合后圆片变形检测

4.2 MEMS加速度传感器封装的可靠性和失效分析

4.3 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文