MEMS封装用胶点2012-12

1、All right reserved Shanghai Imart 360All right reserved Shanghai Imart 360MEMS 封装序、MEMS 介绍一、MEMS 硅麦克风二、MEMS 压力传感器三、MEMS 加速度计四、MEMS 陀螺仪五、MEMS RFAll right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍 MEMS MEMS是是微机电系统微机电系统（Micro-Electro-Mechanical SystemsMicro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微

2、机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。目前，常用的制作目前，常用的制作MEMS DieMEMS Die的技术主要有三种：的技术主要有三种：第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法。第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进

3、行加工，形成硅基MEMS 器件。第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻、电铸和塑铸)技术，它是利用X 射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成深层微结构的方法。 LIGA 技术可用来加工各种金属、塑料和陶瓷陶瓷等材料，并可用来制做深宽比大的精细结构(加工深度可以达到几百微米)，因此也是一种比较重要的MEMS 加工技术。All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍All rig

4、ht reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介绍All right reserved Shanghai Imart 36011一、MEMS 硅麦克风用胶点：1、Die attach固晶：DC-7920、厚度大于2mil（高粘结强度、低应力，抗跌落）；2、ASIC Die Coating：DC-7920

5、或单组份COB环氧胶（电路保护）案例和客户：（硅麦克风全部用DC-7920）苏州楼氏、深圳瑞声声学（AAC）、山东歌尔、山东共达电声、无锡芯奥微All right reserved Shanghai Imart 360二、MEMS 压力传感器用胶点：1、MEMS Die 固晶：大量程用DC-7920、小量程用DA6501（高粘结强度、低应力）；2、MEMS Die coating：4-8022（低应力，单组分热固，耐油污性能好） X3-6211（低应力，UV快速固化） 低温固化PI胶（耐油污和水汽出色）案例和客户：无锡华润安盛代工上海芯敏MEMS压力传感器用DA6501和4-8022，上海沪晶

6、、无锡纳微、无锡康森斯克、苏州敏芯；All right reserved Shanghai Imart 360三、MEMS 加速度计1、加速度计的精度与价格2、基本原理3、加速度计的性能指标4、工作原理：压阻式压电式电容式谐振式隧穿式热对流式5、MEMS 加速度计用胶点 All right reserved Shanghai Imart 3601、加速度计的精度与价格、加速度计的精度与价格All right reserved Shanghai Imart 3602、基本原理、基本原理makxxcxmrrr m加速度测量方向读出传感器壳体检测质量阻尼器弹簧质量块运动方程质量块运动方程无阻尼固有频

7、率无阻尼固有频率mk0mkc221Q拉氏变换得传递函数的幅值和相位分别拉氏变换得传递函数的幅值和相位分别为为202220)/()(1)()()(QAXHr22001tanQ阻尼比阻尼比品质因子品质因子All right reserved Shanghai Imart 3602、基本原理、基本原理传递函数幅值由图可见，为提高灵敏度，需要降低由图可见，为提高灵敏度，需要降低固有频率。固有频率。降低固有频率有两个方案：降低刚度降低固有频率有两个方案：降低刚度或增大质量。或增大质量。All right reserved Shanghai Imart 3602、基本原理、基本原理 在单位阶跃加速度作用下

8、的响应为 0100)(ttta由图可见，对于开环加速度传由图可见，对于开环加速度传感器，为提高响应速度，传感感器，为提高响应速度，传感器应该具有较大的阻尼比（即器应该具有较大的阻尼比（即小品质因子）。小品质因子）。若采用力反馈控制，由于相对若采用力反馈控制，由于相对位移基本被控制在零位，可以位移基本被控制在零位，可以采用小阻尼或大品质因子。采用小阻尼或大品质因子。其中All right reserved Shanghai Imart 3603、加速度计的性能指标、加速度计的性能指标 量程 灵敏度： 降低刚度 增加质量 动态范围 提高加速度计的固有频率，但这与提高灵敏度有矛盾。 反应时间 提高固

9、有频率All right reserved Shanghai Imart 3604、工作原理、工作原理 压阻式 压电式 电容式 谐振式 隧穿式 热对流式 All right reserved Shanghai Imart 360压阻式加速度计压阻式加速度计 读出电路非常简单 压敏电阻制作难度大 温度系数大 灵敏度不高All right reserved Shanghai Imart 360压电式加速度计压电式加速度计 结构简单 无法测直流（常加速度） 温度系数较大All right reserved Shanghai Imart 360电容式加速度计电容式加速度计 敏感器件制作简单 不受温度影

10、响 读出电路复杂 易受寄生参数影响 非线性All right reserved Shanghai Imart 360电容式电容式(Capacitor) 运动导致电容的变化All right reserved Shanghai Imart 360谐振式加速度计谐振式加速度计（可用电阻热激振和压阻感知）（可用电阻热激振和压阻感知） 直接数字输出直接数字输出 潜在的高精度：电漂移和热噪声影响小潜在的高精度：电漂移和热噪声影响小m振梁aAll right reserved Shanghai Imart 360隧道加速度计隧道加速度计 极高的灵敏度极高的灵敏度 低频噪音大（低频噪音大（1/f噪声）噪声）

11、 必须闭环工作（工艺难度、必须闭环工作（工艺难度、线性度、量程）线性度、量程） 重复性、一致性差重复性、一致性差ma硅尖All right reserved Shanghai Imart 360重庆大学 微系统研究中心26热对流式加速度计热对流式加速度计 结构和读出电路简单结构和读出电路简单 响应较慢响应较慢 线性工作范围小线性工作范围小 受温度影响大受温度影响大加热电阻热敏电阻VVVoa气腔All right reserved Shanghai Imart 360重庆大学 微系统研究中心27热对流式加速度计热对流式加速度计 MEMSIC 应用于较低频率All right reserved S

12、hanghai Imart 3604、MEMS 加速度计用胶点：加速度计用胶点（典型封装方式LGA或QFN）：ASIC和MEMS Die平铺：ASIC与基板粘结：用7920（胶层要薄，控制在15um以下，方便后道打金线）MEMS Die与基板粘结：用7920（胶层要后，控制在50um以上，提升MEMS Die抗震抗噪及免受应力影响）；ASIC和MEMS Die叠加：ASIC与基板粘结：用7920或环氧胶（胶层要薄，控制在15um以下，方便后道打金线）MEMS Die to ASIC 粘结：用7920（胶层要后，控制在50um以上，提升MEMS Die抗震抗噪及免受应力影响）；All right

13、 reserved Shanghai Imart 360MEMS陀螺仪是科里奥利力的最常见应用，陀螺仪是科里奥利力的最常见应用，MEMS陀螺仪利用科里奥利力陀螺仪利用科里奥利力(旋转物体在旋转物体在径向运动时所受到的切向力径向运动时所受到的切向力)，旋转中的陀，旋转中的陀螺仪可对各种形式的直线运动产生反映，通螺仪可对各种形式的直线运动产生反映，通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制。为了产生这种力，行运动的测量与控制。为了产生这种力，MEMS陀螺仪通常安装有两个方向的可移动陀螺仪通常安装有两个方向的可移动电容板，电容板，“径向的电容板加

14、震荡电压迫使物径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动，横向的电容板测量由于横向体作径向运动，横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化。科里奥利运动带来的电容变化。”这样，这样，MEMS陀螺仪内的陀螺仪内的“陀螺物体陀螺物体”在驱动下就在驱动下就会不停地来回做径向运动或震荡，从而模拟会不停地来回做径向运动或震荡，从而模拟出科里奥利力不停地在横向来回变化的运动，出科里奥利力不停地在横向来回变化的运动，并可在横向作与驱动力差并可在横向作与驱动力差90的微小震荡。的微小震荡。这种科里奥利力好比角速度，所以由电容的这种科里奥利力好比角速度，所以由电容的变化便可以计算出变化便可以计算出MEMS

15、陀螺仪的角速度。陀螺仪的角速度。四、MEMS 陀螺仪All right reserved Shanghai Imart 360一般的一般的MEMS陀螺仪由梳子结构的驱动部分陀螺仪由梳子结构的驱动部分 Mass 质量块Drive Direction驱动方向Sense Direction感应方向电容板形状的传感部分组成 All right reserved Shanghai Imart 360以意法半导体的MEMS陀螺仪为例，其核心元件是一个微加工机械单元，在设计上按照一个音叉机制运转(音叉机制的工作原理是通过安装在音叉基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动，当音叉开关的音叉与被测介质相接

16、触时，音叉的频率和振幅将改变，音叉开关的这些变化由智能电路来进行检测，处理并将之转换为一个开关信号)。电机驱动部分通过静电驱动方法，使机械元件前后振荡，产生谐振，利用科里奥利力把角速率转换成一个特定感应结构的位移，两个正在运动的质点向相反方向做连续运动。只要从外部施加一个角速率，就会出现一个力，力的方向垂直于质点的运动方向。 三轴陀螺仪MEMS细致结构200um尺度显微照 All right reserved Shanghai Imart 360All right reserved Shanghai Imart 360公开的公开的MEMS陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念。利用振动来诱陀螺仪

17、均采用振动物体传感角速度的概念。利用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的导和探测科里奥利力而设计的MEMS陀螺仪没有旋转部件、不需要轴承，陀螺仪没有旋转部件、不需要轴承，已被证明可以用微机械加工技术大批量生产。已被证明可以用微机械加工技术大批量生产。 All right reserved Shanghai Imart 360四、MEMS 陀螺仪package封装用胶点：（典型封装方式LGA和QFN，ASIC和MEMS Die一般都设计为叠加）ASIC和MEMS Die叠加：ASIC与基板粘结：用7920或环氧胶（胶层要薄，控制在15um以下，方便后道打金线）MEMS Die to ASIC 粘结

18、：用7920（胶层要后，控制在50um以上，提升MEMS Die抗震抗噪及免受应力影响）；All right reserved Shanghai Imart 3601、MEMS Die微结构决定了本身能承受的外力非常低，即要求Die attach胶应力尽可能低，同时满足MEMS Die底部粘结强度（容易满足）；2、杨氏模量（即弹性模量）杨氏模量（即弹性模量），它是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯杨(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表

19、征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。3、线性应力计算：线性应力计算：（正应力）（正应力）E（杨氏模量）*（ 线性应变= ）4、MEMS标准工作温度： -40-100C；MEMS Die 对Die attach胶要求3CETAll right reserved Shanghai Imart 360MEMS Die attach胶选型对比PROPERTIESSilicone不导电Epoxy不导电Epoxy导电79207920DA 6501DA 6501Ablebond 2025DSIAblebond 2025DSIAblebond 84-1LMIAblebond 84-1LMIColorBackTranslucentRedSilverDurometer71A31AViscosity（cps)2100073001150030000Working Time RT24hrs24hrs24hrs2weeksHeat Cure Time30mins150C3mins150C30min ramp to 175C+30min175C60mins150CUnprimed Adhension Lap She