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《华中科技大学》 2005年
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MEMS器件设计、封装工艺及应用研究

关荣锋  
【摘要】:MEMS 封装是MEMS 的关键技术之一,而且其封装占整个MEMS 器件成本的50~80%。本文采用理论、数值模拟、实验等方法系统的研究了MEMS 和光电子器件气密封装工艺中的关键技术问题。本文同时在此基础上,开发了MEMS 压力传感器和硅微机械陀螺仪的批量化封装工艺。研究工作的创新点总结如下: 1)在国内首次系统的研究了MEMS 封装工艺,建立了MEMS 器件级封装工艺规范。论文中以清洗、贴片、引线和气密封帽工艺为重点,研究了工艺中的技术难点,提出了确保封装工艺稳定性和可靠性的技术要点。对焊料贴片工艺建立了四种模型,分析了贴片工艺中焊料孔洞对器件导热性能的影响,其结果表明焊接层中的孔洞对焊接结点导热性能的影响很大。当孔洞过大时,焊接结点的热阻会迅速增大,芯片温度会迅速升高。以脊型波导激光器为例计算了孔洞对芯片温升的影响。研究了粘胶贴片中贴片胶的热膨胀系数和杨氏模量对芯片翘曲的影响,在此基础上设计了粘胶贴片工艺方法,并通过实验对贴片剪切强度进行了测量,测得贴片工艺的可靠性和一致性都很好。用实验方法研究了等离子清洗工艺,建立了完整的等离子清洗工艺流程,获得了提高引线键合强度的优化清洗工艺参数。研究成果为我国制定MEMS 封装工艺标准打下了坚实的基础。 2)根据半导体激光器件(LD)的气密封装要求,设计了完整的封装工艺方法和流程,应用有限元方法对封装工艺过程进行了模拟和优化,结果表明:在封装工艺过程中,热应力引起激光芯片的位移略大于1μm,平行缝焊工艺引起LD 的温升为37℃。这说明所设计的封装工艺是合理有效的。其封装工艺方法对其它光电子器件的封装具有重要借鉴作用。 粱膜结构封装的耐高温(250℃)压力传感器已开始小批量生产和销售。但产品贴片的成品率和批量化贴片生产是国内及待解决的技术难题。本文选择不同性质的四种贴片材料,应用有限元方法对贴片工艺进行了模拟分析,结果表明选择合适的焊接材料,优化贴片焊料厚度是提高成品率的关键。 3)应用半导体压阻效应原理和薄膜变形理论建立了MEMS 压力敏感芯片设计准则,分析了影响压力传感器性能的各种因数。系统的阐述了扩散硅压力传感器的设
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN405

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈明祥;基于感应加热的MEMS封装技术与应用研究[D];华中科技大学;2006年
2 刘文明;感应局部加热封装技术及其应用研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 侯婷婷;基于GaAs HEMT嵌入式悬臂梁—质量块结构的力敏特性研究[D];中北大学;2010年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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4 刘金刚;王德生;范琳;杨士勇;;环境友好型无卤、无锑、无磷阻燃环氧树脂复合物的发展趋势[A];电子专用化学品高新技术与市场研讨会论文集[C];2004年
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8 张耀锋;王勇;尉伟;王建平;范乐;管长应;刘祖平;;不锈钢材料及TiN镀膜处理后PSD测试实验研究[A];第三届全国粒子加速器技术学术交流会论文集[C];2007年
9 孟庆森;秦会峰;宋永刚;;功能陶瓷(玻璃)与金属材料阳极键合的机理研究及应用进展[A];2005年功能材料学术年会论文集[C];2005年
10 李珍;艾常涛;陈文;李飞;杨密纯;;Li、Mg双组分掺杂ZnO薄膜的结构与性能[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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3 祁祥;碳纳米纤维的高温转变及其同质异构结的特性研究[D];武汉大学;2009年
4 田野;聚合物微机械的飞秒激光加工及驱动研究[D];吉林大学;2011年
5 李福民;反型聚合物太阳能电池的研究[D];吉林大学;2011年
6 张芹;大功率LED模块温度湿度加速寿命试验研究[D];华中科技大学;2011年
7 刘秉策;ZnO/Si异质结构晶界行为及其载流子输运机制研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 张波;真空室内壁镀TiZrV吸气剂薄膜的工艺及薄膜相关性能的研究[D];中国科学技术大学;2011年
9 石晶;基于硅微通道板的新型三维传感器[D];华东师范大学;2011年
10 季梅;氧化钆掺杂对氧化铪高K栅介质氧空位抑制作用及电学性能研究[D];北京有色金属研究总院;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐顺杰;大功率LED封装共晶炉及灯具传热过程仿真分析[D];华中农业大学;2010年
2 李林茂;SiC MOS界面特性的电导法研究[D];大连理工大学;2010年
3 孟威;薄膜集成磁件结构拓扑优化与制备工艺研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 曹恒淇;SnO_2基陶瓷半导体热电材料的研究及制备[D];长沙理工大学;2009年
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8 吴东;Ca-Co-O体系氧化物热电材料的制备与性能研究[D];昆明理工大学;2008年
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10 赵艳妮;多唇边式真空吸盘的设计研究[D];昆明理工大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何国荣,陈松岩,谢生;Si-Si直接键合的研究及其应用[J];半导体光电;2003年03期
2 李秀清,周继红;MEMS封装技术现状与发展趋势[J];半导体情报;2001年05期
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7 林文琼,杨银堂,汪家友,李跃进;E型碳化硅压力传感器的优化设计[J];传感技术学报;2004年04期
8 毛海央;熊继军;张文栋;郭涛;徐栋;;复合量程微加速度计中阻尼的分析与设计[J];传感技术学报;2006年05期
9 熊继军;毛海央;张文栋;徐栋;郭涛;;复合量程微加速度计的研究[J];传感技术学报;2006年05期
10 卢冶,孙宝元,寿波;结构新颖的多维加速度传感器[J];传感器技术;1994年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 陈明祥;基于感应加热的MEMS封装技术与应用研究[D];华中科技大学;2006年
2 张新;应变式三维加速度传感器设计及相关理论研究[D];合肥工业大学;2008年
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5 杨晓光;一种新型MEMS惯导加速度计的设计与研究[D];电子科技大学;2006年
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7 凌灵;基于非硅MEMS的新型微机械加速度计若干技术的研究[D];上海交通大学;2008年
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【二级引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘文明;感应局部加热封装技术及其应用研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 彭聪;自蔓延反应键合工艺研究及应用[D];华中科技大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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7 张厚升;李建斌;任丽;;丹江口水电厂150MW发电机增容改造的设计[A];全国水电厂技术改造学习交流研讨会论文集[C];2005年
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8 马士国;环境规制机制的设计与实施效应[D];复旦大学;2007年
9 张耀平;中国农村金融风险:问题、设计和前景[D];华中农业大学;2007年
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3 魏琴;基于战略管理的平衡计分卡的设计与应用研究[D];武汉理工大学;2005年
4 薛枝梅;基于积件思想的初中数学教学资源设计[D];河北大学;2005年
5 刘鹏飞;基于GIS的开封市旅游信息系统研究[D];河南大学;2005年
6 吕天娥;竹材集成材家具的开发研究[D];中南林学院;2005年
7 勇升;XX航空公司薪酬体系研究与设计[D];吉林大学;2005年
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9 胡桂芳;网络教学支持平台的设计与实现[D];华中师范大学;2005年
10 林喆;汽车产品的人性化设计[D];吉林大学;2005年
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