MEMS芯片激光封裝技術(shù)的研究.pdf

1、經(jīng)過二十多年的發(fā)展，MEMS芯片已經(jīng)相當(dāng)成熟，部分產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，因此裸芯片的價(jià)格可望得到大幅度下降。但是，很多芯片沒有得到實(shí)際應(yīng)用，其主要原因之一就是沒有解決封裝問題。 微型器件的發(fā)展日新月異，微型焊接、鍵合、封裝的難度正在不斷加大，成本也在急劇上升，已經(jīng)成為制約MEMS產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。 本論文首先分析了MEMS封裝的現(xiàn)狀和面臨的難題。傳統(tǒng)的微系統(tǒng)鍵合、封裝技術(shù)由于其本身固有的缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。在眾多的改進(jìn)工

2、藝中，運(yùn)用激光實(shí)現(xiàn)鍵合是頗具特色的一項(xiàng)工作，目前也是激光在封裝研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，特別值得關(guān)注的一個(gè)方向是激光鍵合在生物MEMS領(lǐng)域中的應(yīng)用。由于生物MEMS的特殊性以及其廣闊的市場前景，激光鍵合、封裝在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)會(huì)大顯身手，起到至關(guān)重要的作用。目前，國內(nèi)利用激光封裝MEMS芯片的研究非常少，在我們課題中提出了MEMS芯片激光封裝技術(shù)的研究。本研究的主要工作如下： 1.研究了激光微焊接原理，包括脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接的機(jī)理，

3、并分析了激光焊接工藝及主要參數(shù)； 2.闡述了激光微焊接系統(tǒng)的構(gòu)架，并詳述各個(gè)組成部分：激光器系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、精密二維移動(dòng)平臺(tái)、輻射參數(shù)傳感器、工藝介質(zhì)輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能； 3.MEMS芯片激光封裝實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)是光、機(jī)，電一體化系統(tǒng)。包括激光器的分析選擇、光學(xué)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，焊接控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。 4.在MEMS芯片激光封裝的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，通過激光脈沖能量、脈沖重復(fù)率和脈沖數(shù)量的有效設(shè)置和數(shù)控，利

4、用CO2激光脈沖的局部、瞬時(shí)加熱作用，實(shí)現(xiàn)高精度的微焊接。并采用了圖象處理的方法來檢查焊接質(zhì)量。 5.在論文最后提出了“激光光束整形”和“MEMS芯片的精密定位”等進(jìn)一步改善方案。 本研究工作的主要特色： 1.建立了一套適用于MEMS芯片封裝的系統(tǒng)，為今后的產(chǎn)品化提供了理論設(shè)計(jì)和關(guān)鍵參數(shù)的依據(jù)； 2.通過激光微焊接機(jī)理的研究，得出脈沖激光更適合MEMS芯片的焊接封裝。脈沖激光焊必須選用恰當(dāng)?shù)拿}沖能量(幾焦

5、耳到十幾焦耳)和脈沖寬度(數(shù)毫秒)，還應(yīng)注意：把反射率低、傳熱好、厚度小的材料放在上面； 3.采用可見光系統(tǒng)定位指示，解決了紅外激光與可見光之間的同軸； 4.采用串口通信對激光器系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制以及精密二維平臺(tái)的數(shù)控控制，可實(shí)現(xiàn)高速度和高精度的微焊接和微鍵合。 5.采用顯微CCD成像系統(tǒng)、圖像處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)跟蹤、定位。MEMS芯片激光封裝的研究對激光封裝MEMS芯片的產(chǎn)業(yè)化有著重要意義。本項(xiàng)目得到福建省重