【摘要】：MEMS技術(shù)在許多方面具有傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)不具備的優(yōu)勢,在許多領(lǐng)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(shù)將硅芯片管殼或電路互聯(lián),然而在使用超聲鍵合技術(shù)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(dòng),當(dāng)撞擊速度過高或者振動(dòng)頻率與MEMS芯片固有頻率接近時(shí)都可能導(dǎo)致MEMS芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞甚至斷裂失效。同時(shí)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(dǎo)致了由熱失配引起的熱機(jī)械應(yīng)力,較大的熱機(jī)械應(yīng)力會使整個(gè)MEMS器件失效。為了探究超聲鍵合和層間熱應(yīng)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(jì)的各種模態(tài)、響應(yīng)分析以及劈刀在不同速度下撞擊芯片時(shí)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(yīng)力的影響以及推導(dǎo)出一種計(jì)算剝離應(yīng)力的公式。得到的結(jié)論對研究MEMS器件失效具有重要意義和參考價(jià)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(jì)中懸臂梁的模態(tài)和諧響應(yīng)進(jìn)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(yīng)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(yīng)力的影響,然后推導(dǎo)出了一種計(jì)算層間剝離應(yīng)力的方法,通過與有限元仿真以及現(xiàn)有的一種剝離應(yīng)力計(jì)算方法對比驗(yàn)證其結(jié)果的準(zhǔn)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致粘接層間會產(chǎn)生界大的界面應(yīng)力會使封裝內(nèi)部的芯片和基板產(chǎn)生熱應(yīng)力變形。因?yàn)槠髌峡涛g各種各樣的微機(jī)械結(jié)構(gòu)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(yán)重的可能導(dǎo)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(yīng)力對 MEMS 器件的失效的作用。因此在提高 MEMS 器件的質(zhì)量和可靠性的時(shí)候，我們需要鍵合和熱失配引起的界面應(yīng)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(gè)科學(xué)、有效的分析方法和實(shí)驗(yàn)手段，因此對于其可靠性還處在摸索當(dāng)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(yùn)用科學(xué)的方法對這些失效的模式進(jìn)行分析并且決問題。美國 Sandia 國家實(shí)驗(yàn)室是研究 MEMS 可靠性的先驅(qū)。在 1997 到 1999 的三年時(shí)間里其對 MEMS 可靠性進(jìn)行了大量的研究。Sandia 實(shí)驗(yàn)室在不同環(huán)境下對微發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了失效模式的研究，并且最終開發(fā)出了微機(jī)械表面摩擦磨損的理論模型，事實(shí)證明其比較可靠。此模型綜合考慮了強(qiáng)度、黏附磨損、臨界體積等各種各樣的因素。在與現(xiàn)實(shí)中的物理實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論相比較中發(fā)現(xiàn)此模型結(jié)果與其非常的接近，具有很好的實(shí)用意義。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）1999 年發(fā)布了《MEMS 空間應(yīng)用的可靠性保障指
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH-39

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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

2 臺永鵬;李普;左萬里;;彎扭耦合影響的MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件中的熱彈性阻尼[J];振動(dòng)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(shù);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(shè)計(jì)與研制[J];中國機(jī)械工程;2005年14期

5 李棟;吳校生;;金屬多環(huán)振動(dòng)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(shí)定位的MEMS旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);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(shù);2004年12期

8 孫玉杰;賀思艷;徐小龍;田新誠;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法在基于MEMS的姿態(tài)檢測中的應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2019年10期

9 陳尚;張世軍;穆星科;陳永強(qiáng);;MEMS陀螺技術(shù)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(yàn)方法研究[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn);2009年06期

相關(guān)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(yùn)動(dòng)跟蹤研究[A];第九屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)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(shè)計(jì)與研制[A];中國微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)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(guān)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(jìn)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(dǎo)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(shù)及其在汽車傳感器中的應(yīng)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(xué)學(xué)術(shù)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(jìn)展[A];中國電子學(xué)會第七屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2001年

10 王丹;彭小峰;;一種MEMS光開關(guān)的原理及設(shè)計(jì)[A];廣西光學(xué)學(xué)會2002年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2002年

相關(guān)重要報(bào)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(bào);2017年

2 證券時(shí)報(bào)記者 王小偉;耐威科技：MEMS業(yè)務(wù)盈利已超去年全年[N];證券時(shí)報(bào);2018年

3 本報(bào)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(bào);2018年

4 本報(bào)記者 張春濱;中國MEMS微激光技術(shù)領(lǐng)跑世界[N];新農(nóng)村商報(bào);2017年

5 本報(bào)記者 馮健;磁傳感器：與MEMS結(jié)合拓展導(dǎo)航市場[N];中國電子報(bào);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(bào);2008年

7 本報(bào)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(yīng)用[N];中國電子報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)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(xué);2008年

2 朱雁青;低功耗MEMS熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的研究[D];東南大學(xué);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(xué);2015年

4 王春田;MEMS數(shù)字檢波器采集系統(tǒng)技術(shù)研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（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(xué);2004年

6 紀(jì)新明;MEMS紅外光聲氣體傳感系統(tǒng)的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

7 董鳳良;基于MEMS的光學(xué)讀出熱成像技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

8 王衛(wèi)東;面向MEMS設(shè)計(jì)的微流體流動(dòng)特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

9 杜廣濤;新型MEMS磁敏傳感器的研究[D];西南交通大學(xué);2011年

10 范玉;基于MEMS的全固態(tài)雙增益阿達(dá)瑪光譜儀關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

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

2 孫良;MEMS可重構(gòu)帶通濾波器設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2018年

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

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

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

7 錢超;MEMS諧振陀螺數(shù)字化驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究[D];蘇州大學(xué);2017年

8 唐志成;MEMS風(fēng)速敏感裝置在高速飛行體上的應(yīng)用[D];南京理工大學(xué);2016年

9 梅崴;激光點(diǎn)火系統(tǒng)用MEMS光開關(guān)研究與設(shè)計(jì)[D];中國航天科技集團(tuán)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(xué);2014年

本文編號：2609471