基于工藝力學的MEMS封裝若干基礎問題研究.pdf

1、MEMS(微機電系統(tǒng))技術是目前的一個新興技術領域，具有重大的應用前景，它廣泛運用于汽車、電子、通信、航空航天等領域。封裝是MEMS 技術走向產業(yè)化實用化的關鍵技術之一，封裝占整個MEMS器件成本的50～90％，隨著MEMS技術的發(fā)展，封裝已成為阻礙MEMS商業(yè)化的主要技術瓶頸。MEMS器件可靠性很大程度上取決于封裝，MEMS封裝可靠性需要有封裝材料、工藝及結構的工藝力學方面深入的了解與認識。
　　 本文從MEMS封裝工藝力學的

2、角度來研究MEMS封裝中材料、關鍵工藝及器件封裝中的若干基礎問題，研究的內容及成果如下：將工藝力學引入MEMS封裝中，提出MEMS封裝工藝力學的概念，系統(tǒng)闡述了封裝中基于工藝力學的材料行為、熱機特性及封裝工藝力學的研究分析方法，提出了基于MEMS封裝工藝力學來分析MEMS封裝可靠性問題。針對微電子/MEMS封裝中互連材料無鉛化的趨勢，選擇具有實際應用潛力的三種無鉛互連材料，研究分析了它們的溫度特性、應變率特性和蠕變特性，為三種無鉛互連材

3、料應用于MEMS封裝提供了可靠的工藝力學特性數(shù)據(jù)，與典型含鉛焊料比較分析表明三種焊料力學特性方面具有優(yōu)越性；分析了多次回流對無鉛互連材料工藝力學行為和微觀組織的影響,為封裝中焊點回流可靠性分析提供相關依據(jù)；發(fā)現(xiàn)界面IMC明顯增厚并出現(xiàn)IMC剝離現(xiàn)象是導致多次回流后焊點剪切強度下降原因。應用工藝力學的原理與方法，以MEMS 封裝中貼片與鍵合兩種典型工藝為對象，研究分析貼片工藝中的孔洞缺陷及貼片工藝材料特性對封裝可靠性的影響；通過實驗手段獲

4、得材料特性對貼片可靠性的影響，提出基于貼片材料工藝力學特性的粘膠貼片材料選擇原則；開展了真空下的靜電鍵合與金-硅鍵合工藝研究，實現(xiàn)了真空下的靜電鍵合與金硅鍵合工藝；利用貼片工藝材料的選擇原則選擇壓力傳感器的貼片材料；通過工藝力學仿真分析，優(yōu)化實現(xiàn)了壓力傳感器封裝中玻璃堆疊層鍵合，解決了壓力傳感器的溫漂、滯回等問題。實現(xiàn)了MEMS微陀螺儀的真空封裝工藝并優(yōu)化了工藝參數(shù)；分析了MEMS微陀螺儀封裝中影響氣密性的因素；通過管殼、焊料、蓋板及貼

5、片后器件進行烘烤脫附吸附氣體，提高MEMS 微陀螺儀的氣密保持性；通過MEMS 微陀螺真空回流封帽過程的工藝仿真分析，優(yōu)化回流焊工藝參數(shù)且成功實現(xiàn)了MEMS 微陀螺儀的真空封帽，焊接界面致密性好，提高了微陀螺的可靠性。應用工藝力學原理和有限元方法分析了不同貼片材料、貼片層厚度對器件靈敏度及可靠性影響；建立了耐高溫壓力傳感器的AuSn共晶焊料貼片工藝，實現(xiàn)了高溫壓力傳感器貼片工藝的一致性，解決了耐高溫壓力傳感器的精度低遲滯大問題，為耐高溫