發(fā)布時間：2020-03-31 19:21

【摘要】：MEMS技術在許多方面具有傳統(tǒng)機電技術不具備的優(yōu)勢,在許多領域內(nèi)擁有著非常重要的地位。在MEMS傳感器制造的過程中,通常通過超聲鍵合技術將硅芯片管殼或電路互聯(lián),然而在使用超聲鍵合技術焊接引線過程中劈刀以一定的速度撞擊芯片并在芯片產(chǎn)生高頻振動,當撞擊速度過高或者振動頻率與MEMS芯片固有頻率接近時都可能導致MEMS芯片內(nèi)部結構產(chǎn)生破壞甚至斷裂失效。同時MEMS傳感器的使用過程中經(jīng)常會在高溫環(huán)境下,由于傳感器內(nèi)部不同材料的熱膨脹系數(shù)不一樣,這導致了由熱失配引起的熱機械應力,較大的熱機械應力會使整個MEMS器件失效。為了探究超聲鍵合和層間熱應力對MEMS器件的具體影響,本文采用有限元方法,首先研究了加速度計的各種模態(tài)、響應分析以及劈刀在不同速度下撞擊芯片時對焊盤和芯片產(chǎn)生的損害,然后研究了不同因素對影響層間熱應力的影響以及推導出一種計算剝離應力的公式。得到的結論對研究MEMS器件失效具有重要意義和參考價值。論文的主要工作如下:(1)通過有限元方法首先對微加速度計中懸臂梁的模態(tài)和諧響應進行了分析,得到了其產(chǎn)生共振的頻率范圍,然后通過分析劈刀與焊盤的撞擊,得到了不同速度下焊盤和芯片所受的應力和變形。(2)通過有限元方法首先分析了芯片、粘接層和基板在不同尺寸下對層間熱應力的影響,然后推導出了一種計算層間剝離應力的方法,通過與有限元仿真以及現(xiàn)有的一種剝離應力計算方法對比驗證其結果的準確有效性。
【圖文】：

圖 1-1 超聲引線鍵合系統(tǒng)Fig.1-1 Ultrasonic wire bonding system 層間熱應力對 MEMS 器件的影響ESM 器件在使用的過程中經(jīng)常伴隨著高溫環(huán)境，而在 MEMS 器件封基板結構是比較常見的封裝形式。芯片和基板需要通過粘接劑連接，部各組件材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）的不同，在這種高溫的環(huán)境下，粘接層和基板會相對于封裝中心產(chǎn)生熱膨脹，導致粘接層間會產(chǎn)生界大的界面應力會使封裝內(nèi)部的芯片和基板產(chǎn)生熱應力變形。因為器片上刻蝕各種各樣的微機械結構器件，所以一旦產(chǎn)生變形就會使其生誤差，，也就是常說的溫度漂移現(xiàn)象，嚴重的可能導致芯片碎裂從而此可知，引線鍵合和熱失配引起的界面層應力對 MEMS 器件的失效的作用。因此在提高 MEMS 器件的質量和可靠性的時候，我們需要鍵合和熱失配引起的界面應力對 MEMS 器件的影響。

圖 1-2 失效形式Fig.1-2 Failure form1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前世界上對 MEMS 器件的研究還沒有一個科學、有效的分析方法和實驗手段，因此對于其可靠性還處在摸索當中。保證 MEM 器件穩(wěn)定可靠性工作的核心主要是能夠找到產(chǎn)品在生產(chǎn)和使用的周期內(nèi)產(chǎn)生失效的原因，以便來確定其失效模式，通過運用科學的方法對這些失效的模式進行分析并且決問題。美國 Sandia 國家實驗室是研究 MEMS 可靠性的先驅。在 1997 到 1999 的三年時間里其對 MEMS 可靠性進行了大量的研究。Sandia 實驗室在不同環(huán)境下對微發(fā)動機進行了失效模式的研究，并且最終開發(fā)出了微機械表面摩擦磨損的理論模型，事實證明其比較可靠。此模型綜合考慮了強度、黏附磨損、臨界體積等各種各樣的因素。在與現(xiàn)實中的物理實驗得出的結論相比較中發(fā)現(xiàn)此模型結果與其非常的接近，具有很好的實用意義。美國噴氣推進實驗室（JPL）1999 年發(fā)布了《MEMS 空間應用的可靠性保障指
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH-39

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 杜曉強;吳柯銳;;MEMS器件常用微弱信號檢測技術研究[J];儀表技術;2010年02期

2 臺永鵬;李普;左萬里;;彎扭耦合影響的MEMS扭轉諧振器件中的熱彈性阻尼[J];振動與沖擊;2014年13期

3 郭冬云,王耘波,付承菊,于軍;MEMS器件中的鐵電材料[J];微納電子技術;2004年03期

4 陳立國,孫立寧,榮偉彬,謝暉;MEMS器件微裝配系統(tǒng)的設計與研制[J];中國機械工程;2005年14期

5 李棟;吳校生;;金屬多環(huán)振動盤MEMS微陀螺及其微加工工藝[J];傳感器與微系統(tǒng);2017年12期

6 賈勇;秦永元;李歲勞;侯震;;用于短時定位的MEMS旋轉調制慣性導航系統(tǒng)[J];傳感技術學報;2018年06期

7 程迎軍,朱銳,許薇,羅樂;MEMS器件真空封裝模型模擬[J];傳感器技術;2004年12期

8 孫玉杰;賀思艷;徐小龍;田新誠;神經(jīng)網(wǎng)絡補償算法在基于MEMS的姿態(tài)檢測中的應用[J];計算機應用研究;2019年10期

9 陳尚;張世軍;穆星科;陳永強;;MEMS陀螺技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀簡述[J];傳感器世界;2016年04期

10 雷昕;謝勁松;;MEMS慣性傳感器可靠性試驗方法研究[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗;2009年06期

相關會議論文 前10條

1 張玉祥;李華成;馬柳藝;;基于MEMS器件的交互筆運動跟蹤研究[A];第九屆全國信息獲取與處理學術會議論文集Ⅰ[C];2011年

2 陳立國;孫立寧;榮偉彬;謝暉;;MEMS器件微裝配系統(tǒng)的設計與研制[A];中國微米、納米技術第七屆學術會年會論文集（二）[C];2005年

3 陳新宇;朱健;郝西萍;李拂曉;林金庭;;MEMS開關的測試與模擬[A];2001年全國微波毫米波會議論文集[C];2001年

4 張永華;丁桂甫;蔡炳初;沈民誼;;射頻MEMS移相器研究進展[A];2003'全國微波毫米波會議論文集[C];2003年

5 戴永勝;張宇峰;祁高品;朱建;郁元衛(wèi);;毫米波MEMS單片集成移相器[A];2007年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2007年

6 趙興海;杜亦佳;鄭英彬;陳穎慧;高楊;鮑景富;蘇偉;;D波段MEMS波導濾波器研究[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

7 孔德義;梅濤;;MEMS技術及其在汽車傳感器中的應用[A];2004“安徽制造業(yè)發(fā)展”博士科技論壇論文集[C];2004年

8 張寒;孫泉;湯亮;喬東海;;MEMS模擬反饋加速度傳感器及其測試[A];2013中國西部聲學學術交流會論文集（上）[C];2013年

9 趙湛;崔大付;;基于MEMS的生物傳感器與微系統(tǒng)的研究進展[A];中國電子學會第七屆學術年會論文集[C];2001年

10 王丹;彭小峰;;一種MEMS光開關的原理及設計[A];廣西光學學會2002年學術年會論文集[C];2002年

相關重要報紙文章 前7條

1 賽迪顧問分析師 李龍;中國MEMS產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段[N];中國電子報;2017年

2 證券時報記者 王小偉;耐威科技：MEMS業(yè)務盈利已超去年全年[N];證券時報;2018年

3 本報記者 徐勐 通訊員 崔敏 高麗靜;首屆中國(淄博)MEMS產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略高峰論壇舉行[N];淄博日報;2018年

4 本報記者 張春濱;中國MEMS微激光技術領跑世界[N];新農(nóng)村商報;2017年

5 本報記者 馮健;磁傳感器：與MEMS結合拓展導航市場[N];中國電子報;2010年

6 亢春梅;汽車傳感器市場需求旺盛 MEMS產(chǎn)品將成主流[N];中國電子報;2008年

7 本報記者 趙艷秋　馮曉偉 馮健;開發(fā)商借MEMS增勢拓展加速度傳感器組合新應用[N];中國電子報;2009年

相關博士學位論文 前10條

1 甘志銀;MEMS器件真空封裝的研究[D];華中科技大學;2008年

2 朱雁青;低功耗MEMS熱式風速風向傳感器的研究[D];東南大學;2016年

3 張國軍;纖毛式MEMS矢量水聽器研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

4 王春田;MEMS數(shù)字檢波器采集系統(tǒng)技術研究[D];中國地質大學（北京）;2011年

5 田文超;MEMS及納米接觸研究[D];西安電子科技大學;2004年

6 紀新明;MEMS紅外光聲氣體傳感系統(tǒng)的研究[D];復旦大學;2005年

7 董鳳良;基于MEMS的光學讀出熱成像技術的研究[D];中國科學技術大學;2007年

8 王衛(wèi)東;面向MEMS設計的微流體流動特性研究[D];西安電子科技大學;2007年

9 杜廣濤;新型MEMS磁敏傳感器的研究[D];西南交通大學;2011年

10 范玉;基于MEMS的全固態(tài)雙增益阿達瑪光譜儀關鍵技術研究[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2010年

相關碩士學位論文 前10條

1 封寶柱;超聲鍵合振動與層間熱應力對MEMS器件影響的研究[D];西南科技大學;2018年

2 孫良;MEMS可重構帶通濾波器設計[D];電子科技大學;2018年

3 湯飛;MEMS振蕩器的頻率穩(wěn)定技術研究[D];電子科技大學;2018年

4 李明勇;反鐵電式MEMS薄膜驅動器研究[D];北方工業(yè)大學;2018年

5 吳驊業(yè);高頻壓電MEMS諧振器研究[D];電子科技大學;2018年

6 李欣;MEMS掃描微鏡光譜儀的嵌入式系統(tǒng)研究[D];江西理工大學;2018年

7 錢超;MEMS諧振陀螺數(shù)字化驅動技術研究[D];蘇州大學;2017年

8 唐志成;MEMS風速敏感裝置在高速飛行體上的應用[D];南京理工大學;2016年

9 梅崴;激光點火系統(tǒng)用MEMS光開關研究與設計[D];中國航天科技集團公司第一研究院;2016年

10 馮銀利;分布式MEMS移相器優(yōu)化與分析[D];電子科技大學;2014年

本文編號：2609471