应用于MEMS气密性封装测试的微型湿度传感器的设计与制作

MEMS器件的封装一直是MEMS技术的难点之一,在封装设计中,如何测试封装的有效性就显得尤为重要.本文叙述了一种基于MEMS技术的微型湿度传感器的原理、设计以及工艺流程.在其上进行气密性封装,则可通过对封装内的湿度测量来判断该封装的气密性能.在设计中,充分考虑了尺寸、工艺以及灵敏度等各方面要求.制作采用的是传统的光刻、刻蚀工艺.该湿度传感器结构简单,易于制作,其性能能够满足气密性封装测试的要求.     

应用于MEMS气密性封装测试的微型湿度传感器的设计与制作

MEMS器件的封装一直是MEMS技术的难点之一，在封装设计中，如何测试封装的有效性就显得尤为重要。本文叙述了一种基于MEMS技术的微型湿度传感器的原理、设计以及工艺流程。在其上进行气密性封装，则可通过对封装内的湿度测量来判断该封装的气密性能。在设计中，充分考虑了尺寸、工艺以及灵敏度等各方面要求。制作采用的是传统的光刻、刻蚀工艺。该湿度传感器结构简单，易于制作，其性能能够满足气密性封装测试的要求。     

MEMS湿度传感器信号采集与数字化处理研究

MEMS（微电子机械系统）湿度传感器是利用标准的CMOS技术加上MEMS的后处理技术制造,以其体积小、响应快等优点受到越来越多的重视,介绍了本实验室研制的MEMS压阻式湿度传感器的测试原理、硬件电路的设计和传输函数模型的建立,以及软件设计和封装设计,最后给出了样机的测试结果。     

石墨烯MEMS压力传感器Au/Sn共晶键合气密性封装

针对石墨烯MEMS压力传感器气密性封装的需求,设计出一种用于石墨烯MEMS压力传感器芯片级Au/Sn共晶键合工艺方法。石墨烯压力传感器芯片键合密封环金属采用50/400 nm的Cr/Au,基板键合密封环金属采用50/400/500/3 nm的Cr/Au/Sn/Au。随后使用倒装焊机在280℃以及8 kN的压力环境下保持6 min,完成芯片与基板的Au/Sn互溶扩散键合工艺,从而实现石墨烯压力传感器芯片的气密性封装。对键合指标进行测试,平均剪切力达20.88 MPa,平均漏率为4.91×10^-4 Pa·cm³/s,满足GJB548B-2005的要求。通过比较键合前后的芯片电学特性,石墨烯敏感结电阻平均值变化了1.1%,具有较高的稳定性。此外键合界面能谱测试结果符合Au/Sn键合金属合金元素组分,为石墨烯MEMS压力传感器低成本、高效率气密性封装奠定了基础。     

MEMS压阻加速度传感器阻尼特性研究

研究了空气阻尼对MEMS压阻加速度传感器性能的影响,建立了传感器动力学模型和空气阻尼模型,分析了空气间隙大小与传感器阻尼系数的相互关系,通过控制空气间隙可以达到控制加速度传感器阻尼的目的。根据分析结果设计了三明治结构封装的传感器,应用有限元仿真软件,对传感器的应力和应变进行了仿真计算,完成传感器结构参数设计;采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装工艺,制作了MEMS压阻加速度传感器。测试结果表明,采用三明治结构封装形式,可以控制压阻加速度传感器的阻尼特性,为提高传感器性能提供了途径。     

MEMS智能传感器技术的新进展

CMOS和MEMS结合所产生的MEMS智能传感器技术已成为智能传感器发展的主流,目前智能时代的开启已带动MEMS智能传感器技术进入快速发展阶段。综述了惯性、压力、温度和生化等典型的MEMS智能传感器,展现了MEMS智能传感器的应用需求、技术特点、传感器新材料和新结构、电子学新架构、设计拓扑、关键技术突破和测试结果。同时也对MEMS智能传感器的工艺和封装技术的最新进展进行了陈述。从设计、工艺和封装等方面分析了当前MEMS智能传感器总的发展趋势,并提取了主要技术创新亮点。     

CMOS电容式湿度传感器特性研究

提出了一种CMOS电容式湿度传感器特性研究方案.研究所用的微电容湿度传感器由标准CMOS工艺结合MEMS 后处理技术加工而成.为了测试湿度传感器的响应时间,设计了一种响应时间测试装置.测试结果表明,该电容式湿度传感 器在相对湿度25％～95％的范围内具有较好的线性度;其回滞在75％RH时达到最大,为2％ RH;该传感器...     

士兰微电子再创MEMS传感器新品

士兰微电子早在三年前开始进行MEMS传感器技术和产品的研发,并在MEMS传感器件的设计、信号处理芯片的设计、MEMS芯片工艺制造技术、MEMS封装技术、传感器测试技术等领域投入了全方位的研发资源,并于近期取得实质性进展,推出了三轴加速度传感器SC7A30和三轴磁传感器SC7M30。     

梳齿式MEMS加速度计在冲击下的失效分析

对Si基梳齿式MEMS加速度计在冲击下进行了失效分析,验证了其主要失效模式,分析了其失效机理。通过机械冲击实验并采用扫描电镜(SEM)、X射线透视系统、扫描声学显微镜(SAM)观察及电性能测试等分析技术,研究了梳齿式MEMS加速度计在冲击载荷下的结构与封装失效,运用材料力学理论加以分析论证,发现悬臂梁断裂是较为主要的失效模式,且此类器件的封装失效主要表现为气密性失效和装配工艺失效,为MEMS器件的可靠性设计提供了重要依据。     

三明治电容式MEMS加速度计的器件级真空封装

为了降低微电子机械系统(MEMS)加速度器件的热机械噪声,提高信噪比,使之能应用于石油勘探和地震监测中,对一种三明治式电容加速度传感器的器件级真空封装工艺进行了研究。这种器件级真空封装方法采用可编程高真空封装设备和MEMS工业中常用的材料、工艺,可适用于不同尺寸或布局的MEMS芯片。利用该封装方法,对一种采用自停止腐蚀工艺在中间质量块键合层上制作出2个对称"V"型槽的三明治式电容加速度计进行了真空封装,并对封装后的器件进行性能测试。结果表明,该加速度计在有吸气剂的情况下,品质因子(Q)可达到76,理论热机械噪声为0.026μg/槡Hz,腔体内部压强小于13 Pa,He气细漏检测漏率低于3×10-10Pa.m3/s,氟油粗漏无气泡,满足地震监测要求。     

Measurement of Moisture Inside the Hermetic Package of Semiconductor Device

The mositure content inside the hermetic package of semiconductor de-vice has been quantitatively measured by using in-site sensor technique and computer-aided-test system.The principle and apparatus for measurement are introduced.The results show good repeatability and consistency.This technology can be used as a stan-dard test for controlling the moisture content within semiconductor device package.     

湿度传感器封装的研究进展

湿敏芯片的关键元件是湿度传感器，为了延长湿敏元件的使用寿命，提高湿度传感器的性能，必须对湿敏芯片进行封装。本文主要介绍了湿度传感器封装的研究现状和发展趋势，详细描述了TO、SIP、SOP、LCC等几种湿度传感器封装形式的结构、工艺以及特点，指出了各种封装形式的优缺点。并且对湿度传感器封装的发展趋势作了一定的探讨，指出了SOP，LCC等封装方法将是未来湿度传感器的主流封装方法。     

A 2-bit RF MEMS phase shifter in a thick-film BGA ceramic package

The development of a thick-film hermetic BGA package for a radio-frequency (RF) microelectromechanical systems (MEMS) 2-bit phase shifter is presented. The measured packaged MEMS phase shifter average in-band insertion loss was 1.14 dB with an average return loss of 15.9 dB. The package transition insertion loss was less than 0.1 dB per transition with excellent agreement between simulated and measured results. It was also demonstrated that the RF MEMS phase shift performance could be improved to obtain a phase error of less than 3.3 degrees. The first reported measurements of the average rise and fall times associated with a MEMS circuit (in this case a 2-bit phase shifter) were 26 and 70 /spl mu/s, respectively. The advent of packaged RF MEMS phase shifters will reduce the cost (both design and building) of future phase arrays.     

Application of Au-Sn eutectic bonding in hermetic radio-frequency microelectromechanical system wafer level packaging

Development of packaging is one of the critical issues toward realizing commercialization of radio-frequency-microelectromechanical system (RF-MEMS) devices. The RF-MEMS package should be designed to have small size, hermetic protection, good RF performance, and high reliability. In addition, packaging should be conducted at sufficiently low temperature. In this paper, a low-temperature hermetic wafer level packaging scheme for the RF-MEMS devices is presented. For hermetic sealing, Au-Sn eutectic bonding technology at temperatures below 300°C is used. Au-Sn multilayer metallization with a square loop of 70 μm in width is performed. The electrical feed-through is achieved by the vertical through-hole via filling with electroplated Cu. The size of the MEMS package is 1 mm × 1 mm × 700 μm. The shear strength and hermeticity of the package satisfies the requirements of MIL-STD-883F. Any organic gases or contamination are not observed inside the package. The total insertion loss for the packaging is 0.075 dB at 2 GHz. Furthermore, the robustness of the package is demonstrated by observing no performance degradation and physical damage of the package after several reliability tests.     

MEMS压力传感器工艺可靠性测试评价

随着MEMS技术的飞速发展,可靠性问题逐渐成为MEMS器件在军事和商业中应用的重要阻碍。结合器件的工作环境,分别从高温、高温高湿、温度冲击、过电压、压力过载、温湿循环等环境负载方面探讨硅压阻式MEMS压力传感器的工艺可靠性问题。试验结果表明,环境负载后,圆片级器件特性参数基本无变化,而封装级器件特性参数有不同程度的漂移。参照工厂制定的工艺标准（<10%）,封装级器件测试数据可以有效监控MEM产品的工艺质量。     

Forward-stepwise regression analysis for fine leak batch testing of wafer-level hermetic MEMS packages

An advanced regression scheme is proposed to analyze fine leak batch testing data of multiple MEMS packages. The scheme employs the forward-stepwise regression method to infer the information of leaky packages from a batch test data. The analysis predicts the number of leaky packages and the true leak rate of each leaky package in a progressive manner. The scheme is implemented successfully using an actual batch test data obtained from wafer-level hermetic MEMS packages. An error analysis is followed to define the applicable domain of the scheme. Advanced formulations are also suggested to extend the applicable domain.     

Multilayer Organic Multichip Module Implementing Hybrid Microelectromechanical Systems

We present the design and development of an organic package that is compatible with fully released RF microelectromechanical systems (MEMS). The multilayer organic package consists of a liquid-crystal polymer film to provide near hermetic cavities for MEMS. The stack is further built up using organic thin-film polyimide. To demonstrate the organic package, we have designed and implemented a 2-bit true-time delay X-band phase shifter using commercially available microelectromechanical switches. The packaged phase shifter has a measured insertion loss of 2.45 plusmn 0.12 dB/bit at 10 GHz. The worst case phase variation of the phase shifter at 10 GHz is measured to less than 5deg. We have also conducted temperature cycling (-65degC to 150degC) and 85/85 to qualify the packaging structures.     

MEMS中的封装技术研究

MEMS中的封装工艺与半导体工艺中的封装具有一定的相似性 ,因此 ,早期MEMS的封装大多借用半导体中现成的工艺。本文首先介绍了封装的主要形式 ,然后着重阐述了晶圆级封装与芯片级封装[1] 。最后给出了一些商业化的实例