MEMS器件真空封装工艺研究

MEMS器件的真空封装是整个工艺过程中的难点,封装的质量决定着整个器件的质量和使用寿命。现有的封装工艺,封装后器件内部真空度不能有效保持,是需要在真空下工作的器件的瓶颈。随着吸气剂的广泛使用,使MEMS器件的真空度保持能力大大提高,但现有的封装工艺设备不能满足吸气剂的激活条件。分析了空气阻尼对MEMS器件品质因数的影响,提出一种将现有的真空共晶设备的改进方法,使之能应用于使用吸气剂的MEMS器件的真空封装工艺。     

三明治型微加速度计温度漂移封装胶关系研究

为探索三明治微加速度计温度漂移与封装胶的关系,基于有限元分析方法,结合微加速度计伺服反馈工作原理,对温度漂移与封装胶关系展开了研究。研究表明:封装胶厚度、杨氏模量和与封装胶相连的底部玻璃厚度改变均会影响温度漂移,当封装胶厚度从15μm增加到35μm时,温度漂移减小约25%;封装胶杨氏模量从4 GPa减小到0.25 GPa时,温度漂移减小约70%;与封装胶相连的底部玻璃厚度从400μm增大到1 000μm时,温度漂移减小约37%。并且,通过与实验结果对比,表明封装胶所引起的温度漂移约为实测漂移的1/4~1/3。研究为三明治微加速度计温度漂移与封装胶关系提供了参考。     

基于BCB键合的MEMS加速度计圆片级封装工艺

对基于BCB的圆片级封装工艺进行了研究,该工艺代表了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。选用3000系列BCB材料进行MENS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（1bar=100kPa）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。     

MEMS器件级高真空封装技术

在多数微机电系统（MEMS）器件级封装工艺中,需要采用高气密真空环境进行封装。在设备端实现该工艺至今依然是一项具有挑战性的技术难题,存在多项需要突破的关键技术,如真空转运、真空视觉对位、真空封盖和焊接等。因此提出一种适配工艺步骤的全自动高真空封装系统解决方案,并对其主要功能、工作原理、存在问题及解决方案进行详细论述。     

基于熔焊的MEMS真空封装

利用传统的电阻焊技术实现了MEMS真空封装,制定了基于熔焊的工艺路线,进行了成品率实验,研究了影响真空封装器件内部真空度的各种因素,并对真空封装器件封装强度进行了检测。     

圆片级真空封装技术在MEMS陀螺中的应用

为维持MEMS硅微陀螺的真空度,利用两次硅-玻璃阳极键合和真空长期维持技术,实现了MEMS硅微陀螺的圆片级真空气密性封装。制作过程包括:先将硅和玻璃键合,在硅-玻璃衬底上采用DRIE工艺刻蚀出硅振动结构;再利用MEMS圆片级阳极键合工艺在10-5 mbar(1 mbar=100 Pa)真空环境中进行封装;最后利用吸气剂实现圆片的长期真空气密性。经测试,采用这种方式制作出的硅微陀螺键合界面均匀平整无气泡,漏率低于5.0×10-8 atm.cm3/s。对芯片进行陶瓷封装,静态下测试得出品质因数超过12 000,并对样品进行连续一年监测,性能稳定无变化。     

MEMS圆片级真空封装金硅键合工艺研究

提出一种适用于微机电系统(MEMS)圆片级真空封装的键合结构,通过比较分析各种键合工艺的优缺点后,选择符合本试验要求的金硅键合工艺.根据所提出键合结构和金硅键合的特点设计键合工艺流程,在多次试验后优化工艺条件.在此工艺条件下,选用三组不同结构参数完成键合试验.之后对比不同的结构参数分别测试其键合质量(包括键合腔体泄漏率...     

微/纳真空器件封装技术

极度微型化的微/纳真空器件要求专门的封装技术。论文综述了适用于微/纳真空器件封装的真空键合和电极互连技术,同时系统分析了一些相关技术,包括实现真空获得与维持的微型、可集成真空泵技术和非蒸散、薄膜吸气剂技术,监测器件工作环境的真空度测量技术,以及检测器件封装的真空检漏技术等。分析结果对微/纳真空器件的设计与工艺实现提供了有益参考。     

Ti基吸气剂制备及其在MEMS晶圆级真空封装中的应用

采用倾斜溅射工艺制备了一种Cr/Ti/Ni三层金属吸气剂薄膜,其中Ti薄膜作为主吸气层,Cr薄膜为沉积在Ti下方的阻挡层,Ni薄膜为覆盖在Ti上方的保护层.在350℃高温激活后,吸气剂初始吸气速率大于100 cm3·s-1·cm-2,30 min内吸气容量大于40 Pa·cm3·cm-2,接近国外先进吸气剂的吸气性能指...     

耐高冲击过载电容式微加速度计设计

针对近年来常规弹药制导化改造对经历高动态环境的加速度传感器的迫切需求,该文设计了一种抗高过载、低量程的微机电系统(MEMS)电容式加速度传感器。该加速度传感器使用4组折叠梁组对可动结构进行支撑,并带动其在敏感方向移动,同时敏感结构采用差分式电容检测结构和叉齿止档限位结构方案,降低了结构受冲击时的区域应力,提高了输出信号增益及传感器灵敏度。理论计算和有限元分析结果表明,传感器轴向灵敏度为0.22 pF/g(g=9.8 m/s²),可承受轴向幅值为3×10⁴g、脉宽约8 ms的加速度冲击。     

电容式微加速度计模拟前端接口电路设计

基于连续时问的全差分电容结构,设计了一款电容式微加速度计模拟前端接口电路。该电路采用了斩波稳定技术,减小了运算放大器的直流偏差和闪烁噪声,同时,引入了一种周期复位的方法来稳定电压电容转换器输入端口求和节点的直流偏置,并实现了灵敏度可调的功能。该设计在TSMC0．35Hm工艺下流片,面积为3．4mm2。测试结果表明,在5V供电电压下,电路非线性度小于O．7％,功耗约9．4mW。     

一种MEMS陀螺晶圆级真空封装工艺

为了提高MEMS陀螺的品质因数(Q值),提出了一种晶圆级真空封装工艺。先在陀螺盖帽晶圆上刻蚀出浅腔,然后在浅腔结构上制备钨(W)金属引线,再通过PECVD工艺淀积介质层,在介质层上制备钛/金(Ti/Au)键合环,最后将盖帽晶圆与制备好的结构晶圆完成金硅共晶键合,并利用吸气剂实现晶圆的长久真空封装。经测试,采用本方案的封装的气密性与金属层厚度紧密相关,调整合适的金属层厚度后可使真空泄漏速率小于2.0×10-12 Pa·m~3·s-1。此外,设计了一种特殊的浅腔阵列结构,该结构将金硅键合强度从小于20 MPa提升至大于26 MPa,同时可防止键合时液相合金向外溢流。对陀螺芯片的性能测试表明,该真空封装工艺简单有效,封装气密性良好,Q值高达168 540,满足设计指标要求。     

基于MEMS技术的电容式微型真空传感器

介绍了一种以MEMS技术为基础的电容式硅微真空传感器。该传感器主要采用p+硅自停止腐蚀技术和阳极键合技术制作,形成了玻璃-硅-玻璃的三明治结构。传感器的传感元是经过浓硼扩散的硼硅膜,方形硼硅膜的应用使传感器具有更高的灵敏度;感应耦合等离子体刻蚀硼硅膜引出金属电极的方法使传感器的制作更为简单。该真空微传感器具有结构简单、灵敏度高等优点,其尺寸为5mm×6.4mm。该真空传感器的测量范围为5×10-3～6×10-2Pa,其线性度为5.9%,灵敏度比较稳定。     

Titanium-Based Getter Solution for Wafer-Level MEMS Vacuum Packaging

Ultrahigh-vacuum conditions can be achieved by employing porous absorbent materials such as Ti, Zr, Ta, and Yt. Commercial getters are primarily Zr-based, since Zr possesses the best adsorption characteristics. Titanium is not considered as a candidate, since adsorption of gases by Ti is significantly reduced due to oxidation and other contamination. In the present work, it is demonstrated that the adsorption property of Ti can be substantially enhanced and benchmarked against other Zr-based commercial getters by employing a sacrificial layer such as Ni over Ti, and also by using other surface engineering techniques. It has been confirmed that, in addition to the activation temperature, the vacuum level during getter activation also plays a pivotal role in influencing the adsorption characteristics of Ti. It has been determined that the getter life could be significantly improved by the reversible adsorption characteristic of H₂ gas, facilitating regeneration cycles.     

倾斜梳齿的MEMS电容式传感器惯性脉冲响应特性研究

 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)工艺加工的高深宽比梳齿电容不能保证绝对平行.本文在考虑低真空空气阻尼力的同时,研究了梳齿电容倾斜的MEMS传感器对脉冲惯性信号的响应,并分析了DRIE工艺因素对器件性能的影响.研究结果表明,当传感器为没有静电力反馈的双边电容结构时,梳齿电容的不平行对传感器的响应位移、惯性脉冲响应线性度范围影响明显,且随着封装真空度增加而加重.若传感器有静电力反馈,惯性脉冲响应的灵敏度降低,但DRIE工艺因素的影响程度降低.为了抑制DRIE工艺导致的梳齿电容不平行因素的影响,文中还设计了一个新型的变电容面积的MEMS惯性传感器,并用ANSYS初步分析了其性能,设计了其详细的制作工艺流程.