MEMS汽車壓力傳感器封裝關(guān)鍵問題研究.pdf

1、20世紀(jì)60年代霍尼韋爾研究中心和貝爾實驗室研制出首個硅隔膜壓力傳感器和應(yīng)變計，伴隨著70年代早期微加工技術(shù)和硅加工工藝的迅速發(fā)展，基于擴散硅芯片封裝的MEMS（Micro Electro-mechanical Systems）壓力傳感器發(fā)展迅猛并廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)。對于中高檔汽車來說，發(fā)動機系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車載空調(diào)控制系統(tǒng)、變速箱系統(tǒng)、安全輔助系統(tǒng)中都能見到 MEMS壓力傳感器的身影。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，基于擴散硅原理的壓力芯片結(jié)構(gòu)

2、和工藝已經(jīng)成熟，面對不同的應(yīng)用環(huán)境和條件封裝成為影響壓力傳感器性能及可靠性的關(guān)鍵。本文通過理論、仿真以及實驗的手段研究了兩類典型封裝形式的MEMS汽車壓力傳感器，重點分析了封裝材料、關(guān)鍵工藝以及封裝結(jié)構(gòu)對性能的影響，并針對具體應(yīng)用開發(fā)了一款專用于尿素溶液的壓力傳感器。具體工作如下：
　?。?）針對灌封膠力學(xué)性能測試?yán)щy的問題，搭建了基于空泡流變學(xué)原理（Cavitation Rheology）的灌封膠力學(xué)性能測試平臺。從理論分析的角

3、度研究了軟材料中氣泡的膨脹問題，得到了空泡流變學(xué)實驗的關(guān)鍵公式。并將該平臺應(yīng)用于市場中常用的三款灌封膠力學(xué)性能測試。
　?。?）研究了灌封膠中氣泡的存在對壓力傳感器輸出性能的影響機制?；陟o流體單元分析方法詳細(xì)研究了灌封膠中氣泡的大小以及分布對壓力傳感器的線性度、零漂以及靈敏度等指標(biāo)的影響。同時進(jìn)行了實驗研究，為灌封工藝的改進(jìn)提供了方向。
　?。?）研究了基于波紋膜片封裝的壓力傳感器敏感頭部件的關(guān)鍵特性?；陟o流體單元法系統(tǒng)

4、研究了波紋膜片和填充硅油的性質(zhì)對傳感器性能的影響，并重點分析了特定封裝結(jié)構(gòu)的溫漂特性，與實驗測得的數(shù)據(jù)吻合良好。為基于波紋膜片封裝的新品開發(fā)與設(shè)計提供了有力的定量分析手段。
　?。?）提出了一種用于分析液體結(jié)冰膨脹引起結(jié)構(gòu)變形的分析方法?；谝后w結(jié)冰特性以及相關(guān)實驗研究，提出兩步走的結(jié)冰膨脹問題分析方法。先進(jìn)行考慮相變潛熱的熱分析，找出結(jié)構(gòu)中液體結(jié)冰和未結(jié)冰區(qū)域；隨后進(jìn)行基于靜流體單元法的結(jié)構(gòu)變形分析，其中結(jié)冰區(qū)域采用普通固體單元