MEMS封裝用膠點(diǎn)2012-12

1、All right reserved Shanghai Imart 360All right reserved Shanghai Imart 360MEMS 封裝序、MEMS 介紹一、MEMS 硅麥克風(fēng)二、MEMS 壓力傳感器三、MEMS 加速度計(jì)四、MEMS 陀螺儀五、MEMS RFAll right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹 MEMS MEMS是是微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical SystemsMicro-Electro-Mechanical Systems）的英文縮寫。MEMS是美國的叫法，在日本被稱為微

2、機(jī)械，在歐洲被稱為微系統(tǒng)，它是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，目前MEMS加工技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物學(xué)等領(lǐng)域，從而進(jìn)行生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室技術(shù)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的技術(shù)主要有三種：的技術(shù)主要有三種：第一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)器制造小機(jī)器，再利用小機(jī)器制造微機(jī)器的方法。第二種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)

3、行加工，形成硅基MEMS 器件。第三種是以德國為代表的LIGA(即光刻、電鑄和塑鑄)技術(shù)，它是利用X 射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和塑鑄形成深層微結(jié)構(gòu)的方法。 LIGA 技術(shù)可用來加工各種金屬、塑料和陶瓷陶瓷等材料，并可用來制做深寬比大的精細(xì)結(jié)構(gòu)(加工深度可以達(dá)到幾百微米)，因此也是一種比較重要的MEMS 加工技術(shù)。All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹All rig

4、ht reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹All right reserved Shanghai Imart 360序、MEMS介紹All right reserved Shanghai Imart 36011一、MEMS 硅麥克風(fēng)用膠點(diǎn)：1、Die attach固晶：DC-7920、厚度大于2mil（高粘結(jié)強(qiáng)度、低應(yīng)力，抗跌落）；2、ASIC Die Coating：DC-7920

5、或單組份COB環(huán)氧膠（電路保護(hù)）案例和客戶：（硅麥克風(fēng)全部用DC-7920）蘇州樓氏、深圳瑞聲聲學(xué)（AAC）、山東歌爾、山東共達(dá)電聲、無錫芯奧微All right reserved Shanghai Imart 360二、MEMS 壓力傳感器用膠點(diǎn)：1、MEMS Die 固晶：大量程用DC-7920、小量程用DA6501（高粘結(jié)強(qiáng)度、低應(yīng)力）；2、MEMS Die coating：4-8022（低應(yīng)力，單組分熱固，耐油污性能好） X3-6211（低應(yīng)力，UV快速固化） 低溫固化PI膠（耐油污和水汽出色）案例和客戶：無錫華潤(rùn)安盛代工上海芯敏MEMS壓力傳感器用DA6501和4-8022，上海滬晶

6、、無錫納微、無錫康森斯克、蘇州敏芯；All right reserved Shanghai Imart 360三、MEMS 加速度計(jì)1、加速度計(jì)的精度與價(jià)格2、基本原理3、加速度計(jì)的性能指標(biāo)4、工作原理：壓阻式壓電式電容式諧振式隧穿式熱對(duì)流式5、MEMS 加速度計(jì)用膠點(diǎn) All right reserved Shanghai Imart 3601、加速度計(jì)的精度與價(jià)格、加速度計(jì)的精度與價(jià)格All right reserved Shanghai Imart 3602、基本原理、基本原理makxxcxmrrr m加速度測(cè)量方向讀出傳感器殼體檢測(cè)質(zhì)量阻尼器彈簧質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)方程無阻尼固有頻

7、率無阻尼固有頻率mk0mkc221Q拉氏變換得傳遞函數(shù)的幅值和相位分別拉氏變換得傳遞函數(shù)的幅值和相位分別為為202220)/()(1)()()(QAXHr22001tanQ阻尼比阻尼比品質(zhì)因子品質(zhì)因子All right reserved Shanghai Imart 3602、基本原理、基本原理傳遞函數(shù)幅值由圖可見，為提高靈敏度，需要降低由圖可見，為提高靈敏度，需要降低固有頻率。固有頻率。降低固有頻率有兩個(gè)方案：降低剛度降低固有頻率有兩個(gè)方案：降低剛度或增大質(zhì)量?；蛟龃筚|(zhì)量。All right reserved Shanghai Imart 3602、基本原理、基本原理 在單位階躍加速度作用下

8、的響應(yīng)為 0100)(ttta由圖可見，對(duì)于開環(huán)加速度傳由圖可見，對(duì)于開環(huán)加速度傳感器，為提高響應(yīng)速度，傳感感器，為提高響應(yīng)速度，傳感器應(yīng)該具有較大的阻尼比（即器應(yīng)該具有較大的阻尼比（即小品質(zhì)因子）。小品質(zhì)因子）。若采用力反饋控制，由于相對(duì)若采用力反饋控制，由于相對(duì)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質(zhì)因子。采用小阻尼或大品質(zhì)因子。其中All right reserved Shanghai Imart 3603、加速度計(jì)的性能指標(biāo)、加速度計(jì)的性能指標(biāo) 量程 靈敏度： 降低剛度 增加質(zhì)量 動(dòng)態(tài)范圍 提高加速度計(jì)的固有頻率，但這與提高靈敏度有矛盾。 反應(yīng)時(shí)間 提高固

9、有頻率All right reserved Shanghai Imart 3604、工作原理、工作原理 壓阻式 壓電式 電容式 諧振式 隧穿式 熱對(duì)流式 All right reserved Shanghai Imart 360壓阻式加速度計(jì)壓阻式加速度計(jì) 讀出電路非常簡(jiǎn)單 壓敏電阻制作難度大 溫度系數(shù)大 靈敏度不高All right reserved Shanghai Imart 360壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 無法測(cè)直流（常加速度） 溫度系數(shù)較大All right reserved Shanghai Imart 360電容式加速度計(jì)電容式加速度計(jì) 敏感器件制作簡(jiǎn)單 不受溫度影

10、響 讀出電路復(fù)雜 易受寄生參數(shù)影響 非線性All right reserved Shanghai Imart 360電容式電容式(Capacitor) 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電容的變化All right reserved Shanghai Imart 360諧振式加速度計(jì)諧振式加速度計(jì)（可用電阻熱激振和壓阻感知）（可用電阻熱激振和壓阻感知） 直接數(shù)字輸出直接數(shù)字輸出 潛在的高精度：電漂移和熱噪聲影響小潛在的高精度：電漂移和熱噪聲影響小m振梁aAll right reserved Shanghai Imart 360隧道加速度計(jì)隧道加速度計(jì) 極高的靈敏度極高的靈敏度 低頻噪音大（低頻噪音大（1/f噪聲）噪聲）

11、 必須閉環(huán)工作（工藝難度、必須閉環(huán)工作（工藝難度、線性度、量程）線性度、量程） 重復(fù)性、一致性差重復(fù)性、一致性差ma硅尖All right reserved Shanghai Imart 360重慶大學(xué) 微系統(tǒng)研究中心26熱對(duì)流式加速度計(jì)熱對(duì)流式加速度計(jì) 結(jié)構(gòu)和讀出電路簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和讀出電路簡(jiǎn)單 響應(yīng)較慢響應(yīng)較慢 線性工作范圍小線性工作范圍小 受溫度影響大受溫度影響大加熱電阻熱敏電阻VVVoa氣腔All right reserved Shanghai Imart 360重慶大學(xué) 微系統(tǒng)研究中心27熱對(duì)流式加速度計(jì)熱對(duì)流式加速度計(jì) MEMSIC 應(yīng)用于較低頻率All right reserved S

12、hanghai Imart 3604、MEMS 加速度計(jì)用膠點(diǎn)：加速度計(jì)用膠點(diǎn)（典型封裝方式LGA或QFN）：ASIC和MEMS Die平鋪：ASIC與基板粘結(jié)：用7920（膠層要薄，控制在15um以下，方便后道打金線）MEMS Die與基板粘結(jié)：用7920（膠層要后，控制在50um以上，提升MEMS Die抗震抗噪及免受應(yīng)力影響）；ASIC和MEMS Die疊加：ASIC與基板粘結(jié)：用7920或環(huán)氧膠（膠層要薄，控制在15um以下，方便后道打金線）MEMS Die to ASIC 粘結(jié)：用7920（膠層要后，控制在50um以上，提升MEMS Die抗震抗噪及免受應(yīng)力影響）；All right

13、 reserved Shanghai Imart 360MEMS陀螺儀是科里奧利力的最常見應(yīng)用，陀螺儀是科里奧利力的最常見應(yīng)用，MEMS陀螺儀利用科里奧利力陀螺儀利用科里奧利力(旋轉(zhuǎn)物體在旋轉(zhuǎn)物體在徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的切向力徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的切向力)，旋轉(zhuǎn)中的陀，旋轉(zhuǎn)中的陀螺儀可對(duì)各種形式的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反映，通螺儀可對(duì)各種形式的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反映，通過記錄陀螺儀部件受到的科里奧利力可以進(jìn)過記錄陀螺儀部件受到的科里奧利力可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的測(cè)量與控制。為了產(chǎn)生這種力，行運(yùn)動(dòng)的測(cè)量與控制。為了產(chǎn)生這種力，MEMS陀螺儀通常安裝有兩個(gè)方向的可移動(dòng)陀螺儀通常安裝有兩個(gè)方向的可移動(dòng)電容板，電容板，“徑向的電容板加

14、震蕩電壓迫使物徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體作徑向運(yùn)動(dòng)，橫向的電容板測(cè)量由于橫向體作徑向運(yùn)動(dòng)，橫向的電容板測(cè)量由于橫向科里奧利運(yùn)動(dòng)帶來的電容變化?？评飱W利運(yùn)動(dòng)帶來的電容變化?！边@樣，這樣，MEMS陀螺儀內(nèi)的陀螺儀內(nèi)的“陀螺物體陀螺物體”在驅(qū)動(dòng)下就在驅(qū)動(dòng)下就會(huì)不停地來回做徑向運(yùn)動(dòng)或震蕩，從而模擬會(huì)不停地來回做徑向運(yùn)動(dòng)或震蕩，從而模擬出科里奧利力不停地在橫向來回變化的運(yùn)動(dòng)，出科里奧利力不停地在橫向來回變化的運(yùn)動(dòng)，并可在橫向作與驅(qū)動(dòng)力差并可在橫向作與驅(qū)動(dòng)力差90的微小震蕩。的微小震蕩。這種科里奧利力好比角速度，所以由電容的這種科里奧利力好比角速度，所以由電容的變化便可以計(jì)算出變化便可以計(jì)算出MEMS

15、陀螺儀的角速度。陀螺儀的角速度。四、MEMS 陀螺儀All right reserved Shanghai Imart 360一般的一般的MEMS陀螺儀由梳子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分陀螺儀由梳子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分 Mass 質(zhì)量塊Drive Direction驅(qū)動(dòng)方向Sense Direction感應(yīng)方向電容板形狀的傳感部分組成 All right reserved Shanghai Imart 360以意法半導(dǎo)體的MEMS陀螺儀為例，其核心元件是一個(gè)微加工機(jī)械單元，在設(shè)計(jì)上按照一個(gè)音叉機(jī)制運(yùn)轉(zhuǎn)(音叉機(jī)制的工作原理是通過安裝在音叉基座上的一對(duì)壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)，當(dāng)音叉開關(guān)的音叉與被測(cè)介質(zhì)相接

16、觸時(shí)，音叉的頻率和振幅將改變，音叉開關(guān)的這些變化由智能電路來進(jìn)行檢測(cè)，處理并將之轉(zhuǎn)換為一個(gè)開關(guān)信號(hào))。電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分通過靜電驅(qū)動(dòng)方法，使機(jī)械元件前后振蕩，產(chǎn)生諧振，利用科里奧利力把角速率轉(zhuǎn)換成一個(gè)特定感應(yīng)結(jié)構(gòu)的位移，兩個(gè)正在運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)向相反方向做連續(xù)運(yùn)動(dòng)。只要從外部施加一個(gè)角速率，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)力，力的方向垂直于質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向。 三軸陀螺儀MEMS細(xì)致結(jié)構(gòu)200um尺度顯微照 All right reserved Shanghai Imart 360All right reserved Shanghai Imart 360公開的公開的MEMS陀螺儀均采用振動(dòng)物體傳感角速度的概念。利用振動(dòng)來誘陀螺儀

17、均采用振動(dòng)物體傳感角速度的概念。利用振動(dòng)來誘導(dǎo)和探測(cè)科里奧利力而設(shè)計(jì)的導(dǎo)和探測(cè)科里奧利力而設(shè)計(jì)的MEMS陀螺儀沒有旋轉(zhuǎn)部件、不需要軸承，陀螺儀沒有旋轉(zhuǎn)部件、不需要軸承，已被證明可以用微機(jī)械加工技術(shù)大批量生產(chǎn)。已被證明可以用微機(jī)械加工技術(shù)大批量生產(chǎn)。 All right reserved Shanghai Imart 360四、MEMS 陀螺儀package封裝用膠點(diǎn)：（典型封裝方式LGA和QFN，ASIC和MEMS Die一般都設(shè)計(jì)為疊加）ASIC和MEMS Die疊加：ASIC與基板粘結(jié)：用7920或環(huán)氧膠（膠層要薄，控制在15um以下，方便后道打金線）MEMS Die to ASIC 粘結(jié)

18、：用7920（膠層要后，控制在50um以上，提升MEMS Die抗震抗噪及免受應(yīng)力影響）；All right reserved Shanghai Imart 3601、MEMS Die微結(jié)構(gòu)決定了本身能承受的外力非常低，即要求Die attach膠應(yīng)力盡可能低，同時(shí)滿足MEMS Die底部粘結(jié)強(qiáng)度（容易滿足）；2、楊氏模量（即彈性模量）楊氏模量（即彈性模量），它是沿縱向的彈性模量，也是材料力學(xué)中的名詞。1807年因英國醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯楊(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的結(jié)果而命名。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表

19、征材料性質(zhì)的一個(gè)物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。3、線性應(yīng)力計(jì)算：線性應(yīng)力計(jì)算：（正應(yīng)力）（正應(yīng)力）E（楊氏模量）*（ 線性應(yīng)變= ）4、MEMS標(biāo)準(zhǔn)工作溫度： -40-100C；MEMS Die 對(duì)Die attach膠要求3CETAll right reserved Shanghai Imart 360MEMS Die attach膠選型對(duì)比PROPERTIESSilicone不導(dǎo)電Epoxy不導(dǎo)電Epoxy導(dǎo)電79207920DA 6501DA 6501Ablebond 2025DSIAblebond 2025DSIAblebond 84-1LMIAblebond 84-1LMIColorBackTranslucentRedSilverDurometer71A31AViscosity（cps)2100073001150030000Working Time RT24hrs24hrs24hrs2weeksHeat Cure Time30mins150C3mins150C30min ramp to 175C+30min175C60mins150CUnprimed Adhension Lap She