利用玻璃微腔進(jìn)行MEMS圓片級(jí)氣密封裝研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)封裝主要為MEMS芯片提供電氣連接、機(jī)械保護(hù)和環(huán)境支持等功能。很多MEMS器件(如MEMS加速度計(jì)和陀螺儀)通常包含一些可動(dòng)部分,極易受到劃片和裝配過(guò)程中的灰塵、氣流、水汽、機(jī)械等因素的影響,從而造成器件損壞或整體性能的下降:有些MEMS器件需要在穩(wěn)定氣氛的環(huán)境下工作,以保持性能穩(wěn)定。因此,很多MEMS器件需要進(jìn)行氣密性封裝。由于MEMS封裝存在很多非標(biāo)準(zhǔn)工藝,因此通常采用單芯片封裝,封裝的成本已占到整個(gè)MEMS器

2、件成本的50％～80％,成為MEMS產(chǎn)業(yè)化的一大瓶頸。本文主要研究一種利用熱成型制備的玻璃微腔對(duì)MEMS器件進(jìn)行圓片級(jí)氣密封裝方法,并對(duì)封裝結(jié)構(gòu)的氣密性與可靠性進(jìn)行了評(píng)估。
　　 首先,研究了圓片級(jí)玻璃微腔的熱成型制備新方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模型相結(jié)合,研究了正壓熱成型和負(fù)壓熱成型制備圓片級(jí)玻璃微腔的方法,揭示了成型溫度和成型時(shí)間等參數(shù)對(duì)于玻璃微腔尺寸的影響,獲得了尺寸可控的圓片級(jí)玻璃微腔。
　　 其次,采用自行研制的熱成型玻

3、璃微腔對(duì)MEMS器件進(jìn)行了氣密性封裝研究。利用微組裝技術(shù),將MEMS芯片組裝在設(shè)有引線的硅襯底上,再通過(guò)陽(yáng)極鍵合工藝,利用單個(gè)玻璃微腔對(duì)硅襯底上的MEMS器件進(jìn)行了氣密封裝,從而獲得了一種新的MEMS器件單芯片、氣密性封裝方法。還成功進(jìn)行了圓片級(jí)的玻璃微腔與載有MEMS器件的硅襯底二次陽(yáng)極鍵合,實(shí)現(xiàn)了MEMS器件的圓片級(jí)封裝的原理驗(yàn)證。
　　 然后,對(duì)上述MEMS封裝的氣密性進(jìn)行了研究。利用氦質(zhì)譜檢漏儀測(cè)試了封裝樣品的氣密性；利

4、用激光多普勒測(cè)振儀研究了玻璃微腔封裝的MEMS諧振器的振動(dòng)特性；利用玻璃微腔具有透光性的特點(diǎn),采用激光多普勒測(cè)振儀,研究了MEMS可動(dòng)部件的振動(dòng)特性與環(huán)境氣氛的關(guān)系。漏率測(cè)試的結(jié)果表明,該封裝結(jié)果的氣密性的漏率于5×10-9Pa.m3／s,達(dá)到美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)要求:激光多普勒振動(dòng)測(cè)試的結(jié)果表明,封裝后的MEMS器件的振動(dòng)特性能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。
　　 最后,對(duì)封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,利用有限元軟件對(duì)封裝結(jié)構(gòu)的耐沖擊性進(jìn)行了仿真,并通過(guò)沖