MEMS器件及其封裝相關2

1、1會計學MEMS器件及其封裝相關器件及其封裝相關2MEMS壓力傳感器原壓力傳感器原理及封裝理及封裝MEMS壓力傳感器的概念壓力傳感器的概念及其特點及其特點重要的重要的MEMS壓力傳感器壓力傳感器MEMS尺度尺度，小，小于于1mm能化能化壓阻式壓力傳壓阻式壓力傳感器感器擴散硅壓力擴散硅壓力傳感器傳感器石油測石油測井專用井專用光纖傳光纖傳感器感器小型化集成化智能化廣泛化標準化到到2015年，年，MEMS壓力壓力傳感器銷售傳感器銷售額將達到額將達到19.7億億美元美元, 復合年度增長率為10%。n醫(yī)療領域醫(yī)療領域：壓力傳感器主要充當外科手術使壓力傳感器主要充當外科手術使用的一次性低成本用的一次性低成

2、本導管導管用于汽車的MEMS傳感器2010年的銷售額達到了$ 662.3M，比2009年的$ 501.2M增長了32.1%硅硅壓阻式壓力傳感器結壓阻式壓力傳感器結構構 硅壓阻式壓力傳感器實物硅壓阻式壓力傳感器實物制造工藝主要流程制造工藝主要流程1生成生成N型型外延外延層層：在雙面拋光的在雙面拋光的P型型Si（100）晶面上）晶面上，用，用CVD外延外延反應器和氣體源生成一層反應器和氣體源生成一層N型外延層型外延層2光刻光刻顯影顯影：采用采用照相復印照相復印的的方法。光刻方法。光刻工藝流程：光工藝流程：光刻需要經過涂膠、曝光、顯影與烘片、刻刻需要經過涂膠、曝光、顯影與烘片、刻蝕、剝膜等步驟蝕、剝

3、膜等步驟。該步驟中在。該步驟中在光刻顯影的光刻顯影的最后并沒有剝離最后并沒有剝離光刻膠。光刻膠。第一次光刻顯影第一次光刻顯影3離子注入離子注入形成電阻形成電阻：采用采用加速離子轟擊加速離子轟擊硅片硅片，加速離子停留，加速離子停留在在硅片表面微米范圍之內。離子注入后需用硅片表面微米范圍之內。離子注入后需用低溫進行低溫進行退火退火或或激光退火，激光退火，去除去除光刻膠光刻膠。優(yōu)點優(yōu)點是能精確控制雜質的總劑量、深度分是能精確控制雜質的總劑量、深度分布和面均勻性，而且是低溫布和面均勻性，而且是低溫工藝，同時工藝，同時可可實現(xiàn)自對準技術實現(xiàn)自對準技術。4金屬化金屬化和鈍化和鈍化：在制有壓敏電阻的表面，淀

4、積絕緣層，敷在制有壓敏電阻的表面，淀積絕緣層，敷設導電金屬和鈍化層，以及刻蝕接觸孔設導電金屬和鈍化層，以及刻蝕接觸孔5干干氧熱氧化氧熱氧化：將硅片放入高溫爐內將硅片放入高溫爐內,在干燥的氧氣在干燥的氧氣中使中使氧分子與硅片表面的硅原子反應氧分子與硅片表面的硅原子反應,生成生成SiO2起始層起始層,然后氧分子以擴散方式通過然后氧分子以擴散方式通過SiO2層生成新的層生成新的SiO2層層,使使SiO2薄膜繼薄膜繼續(xù)增續(xù)增厚厚6光刻顯影光刻顯影：在硅片背面的氧化層表面涂覆光刻膠，通在硅片背面的氧化層表面涂覆光刻膠，通過光刻將方形槽圖案轉移到氧化層上過光刻將方形槽圖案轉移到氧化層上第二次光刻顯影第二次

5、光刻顯影7各向異性腐蝕各向異性腐蝕：各向異性腐蝕利用硅的不同晶向具有不同各向異性腐蝕利用硅的不同晶向具有不同的腐蝕速率這一腐蝕特性對硅材料進行加的腐蝕速率這一腐蝕特性對硅材料進行加工工,在硅襯底上加工出各種各樣的微結構在硅襯底上加工出各種各樣的微結構。本步驟保護。本步驟保護有壓敏電阻的正面，使用有壓敏電阻的正面，使用KOH溶液腐蝕溶液腐蝕窗口區(qū)域的硅窗口區(qū)域的硅8刻蝕去除氧化層刻蝕去除氧化層：保護硅片的其它地方，使用氫氟酸（保護硅片的其它地方，使用氫氟酸（HF）刻蝕掉二氧化硅層）刻蝕掉二氧化硅層，形成，形成空腔空腔9硅硅-玻璃鍵合玻璃鍵合：兩鍵合面一起加熱兩鍵合面一起加熱,并在鍵合面間施加一并

6、在鍵合面間施加一定的電壓定的電壓,在高溫、高電場下兩鍵合面形在高溫、高電場下兩鍵合面形成熱密封成熱密封電容式壓力傳感器結構原理圖電容式壓力傳感器結構原理圖電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器膜片的工藝膜片的工藝流程流程形成導電層形成導電層EPW溶液進行濕法腐蝕溶液進行濕法腐蝕濺濺射射Au濺射一層濺射一層金屬金屬Cr用用以增加粘以增加粘附性附性預劃片預劃片基片基片的工藝的工藝流程流程采用干氧采用干氧-濕氧濕氧-干氧的干氧的方式方式PECVD工藝工藝回流焊回流焊傳感器傳感器的組裝的組裝（a）是）是TO封裝外封裝外型型（b）是氣密充油的不銹）是氣密充油的不銹鋼鋼封裝封裝（c）是小外形塑料）是小外形塑料封

7、裝封裝（SOP）（d）是不銹鋼封裝的壓）是不銹鋼封裝的壓力傳感器產品力傳感器產品a、b、c封裝封裝形式為壓力敏感頭形式為壓力敏感頭TO封裝壓力傳感器結構封裝壓力傳感器結構TO封裝工藝中氣密性的要求封裝工藝中氣密性的要求絕壓芯片絕壓芯片這種封裝形式主要這種封裝形式主要用于測量氣體的壓用于測量氣體的壓力力不銹鋼隔膜片封裝的硅壓阻壓力傳感器結構圖不銹鋼隔膜片封裝的硅壓阻壓力傳感器結構圖屬于屬于氣密氣密封裝封裝。廣泛。廣泛地應用于地應用于航航天、航空、工業(yè)自動化控制、汽天、航空、工業(yè)自動化控制、汽車車等領域。它的固態(tài)應變膜片特等領域。它的固態(tài)應變膜片特性、不銹鋼隔膜結構和極好的動性、不銹鋼隔膜結構和極

8、好的動態(tài)性能可滿足信號對態(tài)性能可滿足信號對壓力傳感器壓力傳感器的的高穩(wěn)定、高可靠、低功耗、動高穩(wěn)定、高可靠、低功耗、動態(tài)測試態(tài)測試等的要求。它不但可以進等的要求。它不但可以進行普通的氣體行普通的氣體及液體及液體的壓力測量的壓力測量，而且可以用于，而且可以用于腐蝕性的氣體及腐蝕性的氣體及液體如酸、堿及各種液體推進劑液體如酸、堿及各種液體推進劑等等的壓力測量。的壓力測量。封裝樣品封裝樣品1. 由金屬基座、管殼、硅油、傳由金屬基座、管殼、硅油、傳感器壓力芯片及感器壓力芯片及不銹鋼不銹鋼膜片膜片組組成成2. 主要主要的制造工藝為：硅芯片選的制造工藝為：硅芯片選用用靜電鍵合靜電鍵合工藝封接而成，封工藝封

9、接而成，封接好的接好的芯片芯片用用膠接膠接工藝貼在管工藝貼在管殼基座上，芯片上的焊盤與管殼基座上，芯片上的焊盤與管座上的引腳是用座上的引腳是用Au絲絲引線連引線連接接起來的起來的3. 不銹鋼隔膜與殼體采用不銹鋼隔膜與殼體采用熔焊熔焊工工藝進行焊接藝進行焊接,焊接工藝常用焊接工藝常用激激光光焊接、氬弧焊接焊接、氬弧焊接或電子束或電子束焊焊接等。硅油灌充工藝一般采用接等。硅油灌充工藝一般采用真空灌充真空灌充技術技術 1.耐耐高溫高溫壓力傳感器壓力傳感器應用應用：在在民用方面可用于測量鍋爐、管道、高溫民用方面可用于測量鍋爐、管道、高溫反應反應容器容器內的壓力；在軍事上可用于噴氣發(fā)動機內的壓力；在軍事

10、上可用于噴氣發(fā)動機、坦克發(fā)動機、艦船發(fā)動機的壓力測量等。、坦克發(fā)動機、艦船發(fā)動機的壓力測量等。種類種類：SOS（SilicononSapphire）、）、SOI（SilicononInsulator）、SiC（碳化硅）、（碳化硅）、Poly-Si（多晶硅）等半導體（多晶硅）等半導體高溫壓力傳感器，還有高溫壓力傳感器，還有濺射濺射合金薄膜高溫壓力傳合金薄膜高溫壓力傳感器、高溫光纖壓力傳感器和高溫電容式感器、高溫光纖壓力傳感器和高溫電容式壓力傳壓力傳感器感器SOI硅壓力芯片制作工藝硅壓力芯片制作工藝SOI硅隔離固態(tài)壓阻敏感元硅隔離固態(tài)壓阻敏感元粱膜結構封裝粱膜結構封裝汽車輪胎壓力傳感器的多芯片結構示意圖汽車輪胎壓力傳感器的多芯片結構示意圖電容型電容型MEMS壓力傳感單元壓力傳感單元壓力傳感器的封裝示意圖壓力傳感器的封裝示意圖一般的一般的MEMS被有機被有機硅凝膠覆蓋硅凝膠覆蓋。對于汽。對于汽車輪胎壓力傳感器，車輪胎壓力傳感器，如果如果MEMS被厚厚的被厚厚的有機硅凝膠覆蓋，由有機硅凝膠覆蓋，由于硅膠的柔軟性和流于硅膠的柔軟性和流動性，當輪胎高速轉動性，當輪胎高速轉動時，硅膠可能因為動時，硅膠可能因為離心力而飛出來，或離