基于TGV的切向驱动蝶翼式硅微陀螺圆片级真空封装关键技术研究
发布时间：2021-06-30 07:37
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统）圆片级真空封装技术不仅为MEMS器件提供必要的保护和稳定的工作环境,而且相比于器件级真空封装具有封装尺寸小、批量成本低、封装效率高的优势。基于玻璃回流工艺的TGV（Through Glass Via,TGV）技术因其信号垂直导出的特性被研究用于圆片级真空封装,它能最大程度地降低封装尺寸,是实现MEMS器件三维堆叠集成的重要方法之一。同时,它也具有热失配小、电绝缘性好、寄生电容小等优势,从而成为MEMS真空封装技术领域的研究热点。然而,国内外对此方面的研究报道很少,而且国内在玻璃回流、气密性增强等关键问题上还未解决。因此,本文重点开展面向基于玻璃回流的TGV技术研究,完成切向驱动蝶翼式硅微陀螺的圆片级真空封装。论文主要内容包括:1.阐明本课题的研究背景与意义。通过充分调研国内外在MEMS圆片级真空封装技术方面的研究成果以及研究现状,了解其发展趋势,总结出基于TGV的圆片级真空封装方案的优势和存在难点。2.切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺的结构设计。利用平行板电容器错位产生切向静电力的原理,设计了切向驱动,法...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS器件级真空封装示意图
庾凹际醣冉铣墒欤?婵毡３质奔湟步铣ぃ??且工艺相对而言较简单，目前广泛用于商业、国防等领域。然而，器件级真空封装也带来了封装后整体尺寸较大，生产效率低，封装成本高的问题[13,14]。图1.1MEMS器件级真空封装示意图为了解决上述问题，圆片级真空封装技术被提出，并成为了该领域的研究热点。如图1.2所示，圆片级真空封装是指将整体硅圆片上所有的MEMS器件结构在真空环境下进行批量封装，然后划片成为单独的MEMS器件。这样既减小了产品尺寸，又实现了批量封装，降低批量成本，提高产品的一致性和可靠性[15]。图1.2MEMS圆片级真空封装示意图1.3圆片级真空封装的研究现状MEMS圆片级真空封装技术主要需要解决两个问题：一、选择可靠的键合方式和吸气剂保证真空封装后腔体内部真空度。二、提供可靠的电互连结构实现与外界环境的交互[16]。针对这两个问题，国内外研究机构开展了研究。目前，从封装腔内引出电信号的方案主要分为两种：横向互连和纵向互连。以下根据电信号引出方案进行分类，介绍国内外在MEMS圆片级真空封装方面的研究现状。
国防科技大学研究生院硕士学位论文第3页1.3.1国外研究现状1、横向互连2009年荷兰代尔夫特理工大学的L.Mele等人提出了一种横向互连的圆片级真空封装技术[17]。如图1.3所示，它采用硅硅键合的方式实现低温密封，侧面引出其横向互连电极，并通过化学气相沉积（PECVD）的方式沉积正硅酸乙酯（TEOS）完成另一侧的封装。通过密封一个微驱动器，能检测到其腔内气压达到9*10-7mbar左右。图1.3代尔夫特理工大学基于横向互连的圆片级真空封装结构示意图2014年C.M.Yang等人提出了一种通过横向结构从侧面引出腔内电信号的圆片级真空封装方式，如图1.4所示[18]，为了降低封装成本，他们在8英寸的圆片上通过在侧面溅射金属来引出信号，并且通过金-锡焊料进行圆片级封装后再划片。真空封装后，腔内的真空度能达到100mTorr以下。然而，这样的封装方式需要在侧面增加布置互连结构的面积,增大封装尺寸,也不利于高密度的器件集成。图1.4一种侧面引出信号的圆片级真空封装结构示意图2015美国年乔治亚理工学院ErdalUzunlar和PaulA.Kohl提出一种MEMS圆片级真空封装方案[8]。图1.5乔治亚理工学院的基于横向互连的圆片级真空封装示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆片级封装用玻璃通孔晶片的减薄工艺[J]. 杨静,韩焕鹏,杨洪星,王雄龙,张伟才. 微纳电子技术. 2018(09)
[2]硅基深宽比结构与SiO2薄膜的干法刻蚀方法研究[J]. 颜改革,韩敬宁,殷志富,邹赫麟. 仪表技术与传感器. 2015(11)
[3]Theoretical analysis of reactive solid-liquid interfacial energies[J]. ZHU DingYi, LIAO XuanMao & DAI PinQiang Department of Materials Science and Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China. Chinese Science Bulletin. 2012(34)
[4]高表面能固体的润湿性实验及表面张力计算[J]. 罗晓斌,朱定一,乔卫,石丽敏. 材料科学与工程学报. 2008(06)
[5]单片集成MEMS中的阳极键合工艺[J]. 祁雪,黄庆安,秦明,张会珍,樊路加. 电子器件. 2005(04)
[6]反应离子深刻蚀（RIE）技术的研究[J]. 孙承龙,戈肖鸿,王渭源,姜建东. 传感器世界. 1996(05)
博士论文
[1]切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺设计理论与加工工艺研究[D]. 李文印.国防科技大学 2018
[2]MEMS器件真空封装的研究[D]. 甘志银.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]面向圆片级真空封装的TGV衬底加工工艺研究[D]. 胡启俊.国防科学技术大学 2016
[2]基于TGV的圆片级真空封装技术研究[D]. 刘乐乐.国防科学技术大学 2015
[3]MEMS圆片级真空封装的关键工艺研究[D]. 王宇哲.华中科技大学 2012
本文编号：3257333
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS器件级真空封装示意图
庾凹际醣冉铣墒欤?婵毡３质奔湟步铣ぃ??且工艺相对而言较简单，目前广泛用于商业、国防等领域。然而，器件级真空封装也带来了封装后整体尺寸较大，生产效率低，封装成本高的问题[13,14]。图1.1MEMS器件级真空封装示意图为了解决上述问题，圆片级真空封装技术被提出，并成为了该领域的研究热点。如图1.2所示，圆片级真空封装是指将整体硅圆片上所有的MEMS器件结构在真空环境下进行批量封装，然后划片成为单独的MEMS器件。这样既减小了产品尺寸，又实现了批量封装，降低批量成本，提高产品的一致性和可靠性[15]。图1.2MEMS圆片级真空封装示意图1.3圆片级真空封装的研究现状MEMS圆片级真空封装技术主要需要解决两个问题：一、选择可靠的键合方式和吸气剂保证真空封装后腔体内部真空度。二、提供可靠的电互连结构实现与外界环境的交互[16]。针对这两个问题，国内外研究机构开展了研究。目前，从封装腔内引出电信号的方案主要分为两种：横向互连和纵向互连。以下根据电信号引出方案进行分类，介绍国内外在MEMS圆片级真空封装方面的研究现状。
国防科技大学研究生院硕士学位论文第3页1.3.1国外研究现状1、横向互连2009年荷兰代尔夫特理工大学的L.Mele等人提出了一种横向互连的圆片级真空封装技术[17]。如图1.3所示，它采用硅硅键合的方式实现低温密封，侧面引出其横向互连电极，并通过化学气相沉积（PECVD）的方式沉积正硅酸乙酯（TEOS）完成另一侧的封装。通过密封一个微驱动器，能检测到其腔内气压达到9*10-7mbar左右。图1.3代尔夫特理工大学基于横向互连的圆片级真空封装结构示意图2014年C.M.Yang等人提出了一种通过横向结构从侧面引出腔内电信号的圆片级真空封装方式，如图1.4所示[18]，为了降低封装成本，他们在8英寸的圆片上通过在侧面溅射金属来引出信号，并且通过金-锡焊料进行圆片级封装后再划片。真空封装后，腔内的真空度能达到100mTorr以下。然而，这样的封装方式需要在侧面增加布置互连结构的面积,增大封装尺寸,也不利于高密度的器件集成。图1.4一种侧面引出信号的圆片级真空封装结构示意图2015美国年乔治亚理工学院ErdalUzunlar和PaulA.Kohl提出一种MEMS圆片级真空封装方案[8]。图1.5乔治亚理工学院的基于横向互连的圆片级真空封装示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆片级封装用玻璃通孔晶片的减薄工艺[J]. 杨静,韩焕鹏,杨洪星,王雄龙,张伟才. 微纳电子技术. 2018(09)
[2]硅基深宽比结构与SiO2薄膜的干法刻蚀方法研究[J]. 颜改革,韩敬宁,殷志富,邹赫麟. 仪表技术与传感器. 2015(11)
[3]Theoretical analysis of reactive solid-liquid interfacial energies[J]. ZHU DingYi, LIAO XuanMao & DAI PinQiang Department of Materials Science and Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China. Chinese Science Bulletin. 2012(34)
[4]高表面能固体的润湿性实验及表面张力计算[J]. 罗晓斌,朱定一,乔卫,石丽敏. 材料科学与工程学报. 2008(06)
[5]单片集成MEMS中的阳极键合工艺[J]. 祁雪,黄庆安,秦明,张会珍,樊路加. 电子器件. 2005(04)
[6]反应离子深刻蚀（RIE）技术的研究[J]. 孙承龙,戈肖鸿,王渭源,姜建东. 传感器世界. 1996(05)
博士论文
[1]切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺设计理论与加工工艺研究[D]. 李文印.国防科技大学 2018
[2]MEMS器件真空封装的研究[D]. 甘志银.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]面向圆片级真空封装的TGV衬底加工工艺研究[D]. 胡启俊.国防科学技术大学 2016
[2]基于TGV的圆片级真空封装技术研究[D]. 刘乐乐.国防科学技术大学 2015
[3]MEMS圆片级真空封装的关键工艺研究[D]. 王宇哲.华中科技大学 2012
本文编号：3257333
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