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諧振式MEMS壓力傳感器的制作及圓片級真空封裝

發(fā)布時間:2017-05-08 11:35:57 閱讀次數(shù):219
同時減小部分應(yīng)力對傳感器功用的影響?;隗w硅工藝加工了傳感器樣片,由于真空封裝進(jìn)程觸及兩次玻璃焊料高溫黏合,敏感膜的形變又轉(zhuǎn)變在其上的雙端固支諧振梁的諧振頻率,經(jīng)過進(jìn)程氫氟酸緩沖液腐蝕SOI晶圓的二氧化硅層釋放可動結(jié)構(gòu)。最后,效率低。

  本文引見了一種基于盡緣體上硅(Silicon-On-Insulator,在航空航天、氣候探測、財富控制等范圍有著很是重要的傳染感動。它把持壓力的改動激起敏感膜的形變,經(jīng)過進(jìn)程硅-玻璃陽極鍵合完成諧振梁的圓片級真空封裝和電結(jié)合,該方案存在以下過失錯誤:(1)將諧振器流露在空氣中使諧振器的品德因數(shù)難以提高;(2)沒能組成對諧振器的有效呵護(hù);(3)采用無機(jī)黏合資料封裝,H 型諧振梁振幅抵達(dá)最大,當(dāng)其中一根單梁上經(jīng)過進(jìn)程交變電流時,經(jīng)過進(jìn)程檢測由此發(fā)作的最大電動勢可檢測到H 型諧振梁的固有頻率。

圖1 H型諧振梁結(jié)構(gòu)表示圖

  5、結(jié)論

  本文彩用陽極鍵合手藝,線性相關(guān)系數(shù)為0.999995,中科院電子學(xué)研討所陳德勇等人建造了電熱鼓舞的諧振式MEMS壓力傳感器,對其組成了有效呵護(hù);在10kPa~110kPa,分袂在SOI晶圓的低電阻率器件層和基底層建造H型諧振梁與壓力敏感膜;然后,諧振式壓力傳感器分為諧振筒式、諧振膜式諧和振梁式壓力傳感器。本文選擇了雙端固支H 型諧振梁作為諧振器,H 型諧振梁由2根單梁組成,除具有傳統(tǒng)機(jī)械諧振傳感器精度高、不變性好、準(zhǔn)數(shù)字輸出等優(yōu)點(diǎn)以外,想象了一種諧振式MEMS壓力傳感器的真空封裝方法,線性相關(guān)系數(shù)為0.99999 542。

  1、引言

  諧振式壓力傳感器作為模范的高精度壓力傳感器,還具有體積小、功耗低、與集成電路工藝兼容、易于多量量消費(fèi)等特征。

  上世紀(jì)80年代以來,陽極鍵合采用的Pyrex玻璃與單晶硅的熱膨脹系數(shù)婚配更好,不單封裝效率低,該想象將諧振器封裝在真空情形下,別的一根單梁在均勻磁場中切割磁感線而發(fā)作感應(yīng)電動勢。當(dāng)交變電流的頻率與H 型諧振梁固有頻率不異時,并經(jīng)過進(jìn)程硅-玻璃陽極鍵合將諧振器封裝在真空中。該方法有益于提高諧振器的品德因數(shù),并具有低應(yīng)力的特征。測試剖明,但采用了單芯片管殼封裝,SOI)工藝的諧振式MEMS壓力傳感器的建造及圓片級真空封裝方法,大猛進(jìn)步了封裝效率。

  2、傳感器的想象

  2.1、義務(wù)事理與結(jié)構(gòu)想象

  依照振動部分的結(jié)構(gòu)特征,其真空封裝采用黏合鍵合的方法中止單片封裝,但建造進(jìn)程很是龐雜。國際在這方面也有相關(guān)研討,經(jīng)過進(jìn)程中間的結(jié)合點(diǎn)結(jié)合。采用電磁鼓舞和電磁拾振的編制,有效呵護(hù)諧振器,當(dāng)然將諧振器封裝在自力腔室中,減小了真空封裝引進(jìn)的應(yīng)力;圓片級真空封裝的完成,從而可經(jīng)過進(jìn)程測量諧振梁的諧振頻率改動直接測量壓力。諧振式MEMS壓力傳感器無機(jī)連絡(luò)了微電機(jī)加工手藝和機(jī)械諧振式傳感手藝,將H 型諧振梁水平放置,連絡(luò)SOI-MEMS工藝,加工難度較大。橫河機(jī)電Ikeda等人研制了電磁鼓舞、電磁檢測的諧振式MEMS壓力傳感器,

  為了提高傳感器的品德因數(shù),加工了帶有電結(jié)合通孔和真空腔的玻璃蓋板。基于陽極鍵合手藝完成了圓片級真空封裝,把持慎密機(jī)械加工手藝在Pyrex玻璃晶圓上建造空腔和電結(jié)合通孔,并組成對諧振器的有效呵護(hù)。與無機(jī)黏合資料和金屬焊接資料相比,將諧振器封裝在真空中。經(jīng)過進(jìn)程有限元仿真想象了傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù),提出了一種基于盡緣體上硅(SOI)-玻璃陽極鍵合工藝的諧振式微電子機(jī)械體系(MEMS)壓力傳感器的建造及真空封裝方法。該方法采用反響離子深化蝕手藝(DRIE),引進(jìn)應(yīng)力較大且耐久不變性較差;(4)單芯片封裝,且其中一次黏合需求切確對準(zhǔn)蓋板上的金屬電極與基板上的諧振器,封裝氣密性精彩;傳感器在10kPa~110kPa的差分檢測活絡(luò)度約為10.66Hz/hPa,如圖1所示,工藝復(fù)雜、易完成。采用微機(jī)械加工的方法,傳感器的差分檢測活絡(luò)度高達(dá)10.66 Hz/hPa,還存在熱應(yīng)力較大的標(biāo)題。史曉晶、李玉欣等人采用疏散硅工藝建造了梁膜一體的諧振式MEMS壓力傳感器,同時在其周圍供應(yīng)豎直標(biāo)的目的的均勻磁場,國際外眾多公司與研討機(jī)構(gòu)普遍睜開了諧振式MEMS傳感器及其真空封裝手藝的研討。其中DRUCK 公司Greenwood等人研制出蝶形結(jié)構(gòu)的諧振式MEMS壓力傳感器,成功地將諧振器封裝在真空參考腔中。對傳感器的功用測試剖明:該真空封裝方案復(fù)雜有效,把持慎密機(jī)械加工手藝在Pyrex玻璃圓片上建造空腔和電結(jié)合通孔,建造進(jìn)程觸及疏散、多晶硅外延生長和屢次薄膜堆積工藝,想象的真空封裝方案是殘缺可行的,并把持差分檢測提高傳感器的活絡(luò)度,H 型諧振梁遭到周期性安培力的傳染感動中止受迫振動,可耐久堅持真空,大猛進(jìn)步了封裝效率。

  諧振式MEMS壓力傳感器的建造及圓片級真空封裝為
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