COB及叠层热致封装效应对微构件特性的影响

发布时间：2017-06-11 14:12

  本文关键词：COB及叠层热致封装效应对微构件特性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，由于MEMS器件的集成密度和功率密度都很高，以及MEMS器件大多采用多种材料的层叠结构，造成结构之间热膨胀系的不同。所以，当器件工作温度变化时，会引起封装对MEMS内部结构的应力、可靠性等影响。MEMS中微构件通常作为执行机构，微构件本身处于微米级，对应变和应力十分敏感。因此，封装效应引起微构件特性变化的研究，对MEMS微构件的设计具有重要的理论指导意义。 本文针对COB（Chip on Board）封装工艺和叠层封装工艺这两种情况，研究不同基板材料，不同基板厚度及温度场变化下封装对微构件特性的影响。首先，利用Timoshenko双层梁理论和三层梁理论，推导出N层梁的理论数学模型。对MEMS微构件的封装热变形进行分析，从热应力等方面进一步分析对微构件热变形存在的机理。 其次，建立COB封装工艺和叠层封装工艺下两种有限元分析模型，通过有限元软件从基板材料的变化、基板厚的变化和温度载荷变化等方面，，分析热封装效应对微构件的热变形影响。 再次，在之前热变形分析基础上，利用有限元从基板材料的变化、基板厚的变化和温度场变化等方面，分析COB封装工艺和叠层封装工艺对微构件固有频率的影响。 最后，在之前热变形分析基础上，利用有限元分析多晶硅微构件的疲劳使用因子，得出封装应力会抵消部分垂直循环载荷应力，从而降低了疲劳使用因子，从疲劳上看封装效应降低了微构件的疲劳特性。 通过有限元的分析可知，MEMS封装对微构件的应力和应变、固有频率及疲劳都产生了显著的影响。因此，本研究对MEMS器件微构件的设计和改善具有一定的指导意义。
【关键词】：MEMS 封装 微构件 有限元
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 MEMS 封装效应对微构件影响的研究意义9-10
• 1.2 MEMS 封装的概述10-12
• 1.2.1 MEMS 封装的基本定义10
• 1.2.2 MEMS 封装材料10-11
• 1.2.3 MEMS 封装流程11
• 1.2.4 MEMS 封装与微电子封装的异同点11-12
• 1.3 MEMS 封装效应对微构件特性影响的国内外现状12-14
• 1.3.1 MEMS 封装效应对微构件特性影响的国外现状12-13
• 1.3.2 MEMS 封装效应对微构件特性影响的国内现状13-14
• 1.4 本课题拟解决的关键问题和方案的确定14-15
• 1.5 本课题研究的主要内容15-16
• 2 热致封装效应对 MEMS 机械耦合效应理论分析16-25
• 2.1 热致封装效应概述16
• 2.2 多层结构热变形的经典理论16-19
• 2.2.1 Timoshenko 双层梁理论16-17
• 2.2.2 三层结构梁理论模型推导17-18
• 2.2.3 N 层结构梁的理论模型推导18-19
• 2.3 MEMS 热变形分析19-23
• 2.3.1 热应力19-20
• 2.3.2 不同材料的热应力和变形20-22
• 2.3.3 平板上下表面有温差且周边固定时的热应力22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 3 MEMS 微构件的封装热变形有限元分析25-41
• 3.1 不同封装工艺下微构件有限元模型建立25-28
• 3.1.1 微构件 COB 封装模型的建立25-26
• 3.1.2 微构件叠层芯片封装模型的建立26-28
• 3.2 微构件在 COB 封装工艺下的热变形分析28-35
• 3.2.1 基板材料对微构件热变形的影响28-32
• 3.2.2 基板厚度对微构件热变形的影响32-33
• 3.2.3 温度场对微构件热变形的影响33-35
• 3.3 微构件在叠层封装工艺下的热变形分析35-40
• 3.3.1 基板材料对微构件热变形的影响35-37
• 3.3.2 基板厚度对微构件热变形的影响37-39
• 3.3.3 温度场对微构件热变形的影响39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 热致封装效应下 MEMS 微构件的模态分析41-51
• 4.1 微悬臂梁的振动分析41-44
• 4.1.1 悬臂梁的固有频率和主振型41-42
• 4.1.2 微构件模态的有限元分析42-44
• 4.2 微构件在 COB 封装工艺下的模态分析44-47
• 4.2.1 基板材料对微构件模态的影响44-45
• 4.2.2 基板厚度对微构件模态的影响45-46
• 4.2.3 温度场对微构件模态的影响46-47
• 4.3 微构件在叠层封装工艺下的模态分析47-50
• 4.3.1 基板材料对微构件模态的影响48
• 4.3.2 基板厚度对微构件模态的影响48-49
• 4.3.3 温度场对微构件模态的影响49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 热致封装效应下 MEMS 微构件疲劳分析51-59
• 5.1 疲劳寿命的预测51-53
• 5.1.1 应变—寿命法51-52
• 5.1.2 应力—寿命法52-53
• 5.2 封装对微构件疲劳的影响分析53-57
• 5.2.1 多晶硅微构件疲劳使用因子有限元分析54-55
• 5.2.2 COB 封装对微构件疲劳的影响55-56
• 5.2.3 叠层封装对微驱动构件疲劳的影响56-57
• 5.3 本章小结57-59
• 6 总结与展望59-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间正式发表的学术论文64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王海宁,王水弟,蔡坚,贾松良;先进的MEMS封装技术[J];半导体技术;2003年06期

2 李金,郑小林,张文献,陈默;MEMS封装技术研究进展[J];微纳电子技术;2004年02期

3 顾靖,王s

本文编号：441789