MEMS器件及其封装相关2

1、1会计学MEMS器件及其封装相关器件及其封装相关2MEMS压力传感器原压力传感器原理及封装理及封装MEMS压力传感器的概念压力传感器的概念及其特点及其特点重要的重要的MEMS压力传感器压力传感器MEMS尺度尺度，小，小于于1mm能化能化压阻式压力传压阻式压力传感器感器扩散硅压力扩散硅压力传感器传感器石油测石油测井专用井专用光纤传光纤传感器感器小型化集成化智能化广泛化标准化到到2015年，年，MEMS压力压力传感器销售传感器销售额将达到额将达到19.7亿亿美元美元, 复合年度增长率为10%。n医疗领域医疗领域：压力传感器主要充当外科手术使压力传感器主要充当外科手术使用的一次性低成本用的一次性低成

2、本导管导管用于汽车的MEMS传感器2010年的销售额达到了$ 662.3M，比2009年的$ 501.2M增长了32.1%硅硅压阻式压力传感器结压阻式压力传感器结构构 硅压阻式压力传感器实物硅压阻式压力传感器实物制造工艺主要流程制造工艺主要流程1生成生成N型型外延外延层层：在双面抛光的在双面抛光的P型型Si（100）晶面上）晶面上，用，用CVD外延外延反应器和气体源生成一层反应器和气体源生成一层N型外延层型外延层2光刻光刻显影显影：采用采用照相复印照相复印的的方法。光刻方法。光刻工艺流程：光工艺流程：光刻需要经过涂胶、曝光、显影与烘片、刻刻需要经过涂胶、曝光、显影与烘片、刻蚀、剥膜等步骤蚀、剥

3、膜等步骤。该步骤中在。该步骤中在光刻显影的光刻显影的最后并没有剥离最后并没有剥离光刻胶。光刻胶。第一次光刻显影第一次光刻显影3离子注入离子注入形成电阻形成电阻：采用采用加速离子轰击加速离子轰击硅片硅片，加速离子停留，加速离子停留在在硅片表面微米范围之内。离子注入后需用硅片表面微米范围之内。离子注入后需用低温进行低温进行退火退火或或激光退火，激光退火，去除去除光刻胶光刻胶。优点优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性，而且是低温布和面均匀性，而且是低温工艺，同时工艺，同时可可实现自对准技术实现自对准技术。4金属化金属化和钝化和钝化：在制有压敏电阻的表面，淀

4、积绝缘层，敷在制有压敏电阻的表面，淀积绝缘层，敷设导电金属和钝化层，以及刻蚀接触孔设导电金属和钝化层，以及刻蚀接触孔5干干氧热氧化氧热氧化：将硅片放入高温炉内将硅片放入高温炉内,在干燥的氧气在干燥的氧气中使中使氧分子与硅片表面的硅原子反应氧分子与硅片表面的硅原子反应,生成生成SiO2起始层起始层,然后氧分子以扩散方式通过然后氧分子以扩散方式通过SiO2层生成新的层生成新的SiO2层层,使使SiO2薄膜继薄膜继续增续增厚厚6光刻显影光刻显影：在硅片背面的氧化层表面涂覆光刻胶，通在硅片背面的氧化层表面涂覆光刻胶，通过光刻将方形槽图案转移到氧化层上过光刻将方形槽图案转移到氧化层上第二次光刻显影第二次

5、光刻显影7各向异性腐蚀各向异性腐蚀：各向异性腐蚀利用硅的不同晶向具有不同各向异性腐蚀利用硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率这一腐蚀特性对硅材料进行加的腐蚀速率这一腐蚀特性对硅材料进行加工工,在硅衬底上加工出各种各样的微结构在硅衬底上加工出各种各样的微结构。本步骤保护。本步骤保护有压敏电阻的正面，使用有压敏电阻的正面，使用KOH溶液腐蚀溶液腐蚀窗口区域的硅窗口区域的硅8刻蚀去除氧化层刻蚀去除氧化层：保护硅片的其它地方，使用氢氟酸（保护硅片的其它地方，使用氢氟酸（HF）刻蚀掉二氧化硅层）刻蚀掉二氧化硅层，形成，形成空腔空腔9硅硅-玻璃键合玻璃键合：两键合面一起加热两键合面一起加热,并在键合面间施加一并

6、在键合面间施加一定的电压定的电压,在高温、高电场下两键合面形在高温、高电场下两键合面形成热密封成热密封电容式压力传感器结构原理图电容式压力传感器结构原理图电容式压力传感器电容式压力传感器膜片的工艺膜片的工艺流程流程形成导电层形成导电层EPW溶液进行湿法腐蚀溶液进行湿法腐蚀溅溅射射Au溅射一层溅射一层金属金属Cr用用以增加粘以增加粘附性附性预划片预划片基片基片的工艺的工艺流程流程采用干氧采用干氧-湿氧湿氧-干氧的干氧的方式方式PECVD工艺工艺回流焊回流焊传感器传感器的组装的组装（a）是）是TO封装外封装外型型（b）是气密充油的不锈）是气密充油的不锈钢钢封装封装（c）是小外形塑料）是小外形塑料封

7、装封装（SOP）（d）是不锈钢封装的压）是不锈钢封装的压力传感器产品力传感器产品a、b、c封装封装形式为压力敏感头形式为压力敏感头TO封装压力传感器结构封装压力传感器结构TO封装工艺中气密性的要求封装工艺中气密性的要求绝压芯片绝压芯片这种封装形式主要这种封装形式主要用于测量气体的压用于测量气体的压力力不锈钢隔膜片封装的硅压阻压力传感器结构图不锈钢隔膜片封装的硅压阻压力传感器结构图属于属于气密气密封装封装。广泛。广泛地应用于地应用于航航天、航空、工业自动化控制、汽天、航空、工业自动化控制、汽车车等领域。它的固态应变膜片特等领域。它的固态应变膜片特性、不锈钢隔膜结构和极好的动性、不锈钢隔膜结构和极

8、好的动态性能可满足信号对态性能可满足信号对压力传感器压力传感器的的高稳定、高可靠、低功耗、动高稳定、高可靠、低功耗、动态测试态测试等的要求。它不但可以进等的要求。它不但可以进行普通的气体行普通的气体及液体及液体的压力测量的压力测量，而且可以用于，而且可以用于腐蚀性的气体及腐蚀性的气体及液体如酸、碱及各种液体推进剂液体如酸、碱及各种液体推进剂等等的压力测量。的压力测量。封装样品封装样品1. 由金属基座、管壳、硅油、传由金属基座、管壳、硅油、传感器压力芯片及感器压力芯片及不锈钢不锈钢膜片膜片组组成成2. 主要主要的制造工艺为：硅芯片选的制造工艺为：硅芯片选用用静电键合静电键合工艺封接而成，封工艺封

9、接而成，封接好的接好的芯片芯片用用胶接胶接工艺贴在管工艺贴在管壳基座上，芯片上的焊盘与管壳基座上，芯片上的焊盘与管座上的引脚是用座上的引脚是用Au丝丝引线连引线连接接起来的起来的3. 不锈钢隔膜与壳体采用不锈钢隔膜与壳体采用熔焊熔焊工工艺进行焊接艺进行焊接,焊接工艺常用焊接工艺常用激激光光焊接、氩弧焊接焊接、氩弧焊接或电子束或电子束焊焊接等。硅油灌充工艺一般采用接等。硅油灌充工艺一般采用真空灌充真空灌充技术技术 1.耐耐高温高温压力传感器压力传感器应用应用：在在民用方面可用于测量锅炉、管道、高温民用方面可用于测量锅炉、管道、高温反应反应容器容器内的压力；在军事上可用于喷气发动机内的压力；在军事

10、上可用于喷气发动机、坦克发动机、舰船发动机的压力测量等。、坦克发动机、舰船发动机的压力测量等。种类种类：SOS（SilicononSapphire）、）、SOI（SilicononInsulator）、SiC（碳化硅）、（碳化硅）、Poly-Si（多晶硅）等半导体（多晶硅）等半导体高温压力传感器，还有高温压力传感器，还有溅射溅射合金薄膜高温压力传合金薄膜高温压力传感器、高温光纤压力传感器和高温电容式感器、高温光纤压力传感器和高温电容式压力传压力传感器感器SOI硅压力芯片制作工艺硅压力芯片制作工艺SOI硅隔离固态压阻敏感元硅隔离固态压阻敏感元粱膜结构封装粱膜结构封装汽车轮胎压力传感器的多芯片结构示意图汽车轮胎压力传感器的多芯片结构示意图电容型电容型MEMS压力传感单元压力传感单元压力传感器的封装示意图压力传感器的封装示意图一般的一般的MEMS被有机被有机硅凝胶覆盖硅凝胶覆盖。对于汽。对于汽车轮胎压力传感器，车轮胎压力传感器，如果如果MEMS被厚厚的被厚厚的有机硅凝胶覆盖，由有机硅凝胶覆盖，由于硅胶的柔软性和流于硅胶的柔软性和流动性，当轮胎高速转动性，当轮胎高速转动时，硅胶可能因为动时，硅胶可能因为离心力而飞出来，或离