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(shí)驗(yàn)室研制出首個(gè)硅隔膜壓力傳感器和應(yīng)變計(jì)，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(kuò)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(duì)于中高檔汽車來說，發(fā)動(dòng)機(jī)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(kuò)散硅原理的壓力芯片結(jié)構(gòu)

2、和工藝已經(jīng)成熟，面對(duì)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)分析了封裝材料、關(guān)鍵工藝以及封裝結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響，并針對(duì)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(duì)灌封膠力學(xué)性能測(cè)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(cè)試平臺(tái)。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(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵公式。并將該平臺(tái)應(yīng)用于市場(chǎng)中常用的三款灌封膠力學(xué)性能測(cè)試。
　　（2）研究了灌封膠中氣泡的存在對(duì)壓力傳感器輸出性能的影響機(jī)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(duì)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(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為灌封工藝的改進(jìn)提供了方向。
　　（3）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(duì)傳感器性能的影響，并重點(diǎn)分析了特定封裝結(jié)構(gòu)的溫漂特性，與實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jì)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。基于液體結(jié)冰特性以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)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