石英MEMS傳感器芯片與盒蓋封裝的熱應(yīng)力分析.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-electro-mechanical Systems）技術(shù)是采用各種前沿的微納加工技術(shù)，并輔以最新的現(xiàn)代信息電子及技術(shù)發(fā)展起來(lái)的高科技前沿學(xué)科。隨著深入的研究，MEMS器件的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，在一個(gè)微小的三維空間里集成的各種材料的元器件也越來(lái)越多。在此情況下，MEMS器件的性能也備受關(guān)準(zhǔn)，MEMS器件的失效問(wèn)題也變得日益突出。對(duì)于熱應(yīng)力造成的失效，主要是由于器件在封裝或者工作過(guò)程中內(nèi)部產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)其造成很

2、多不同形式的失效。在MEMS器件中，由于各種材料之間的熱膨脹系數(shù)的差異（俗稱(chēng)熱匹配不良），以及各種材料鍵合在一起形成的各種鋒利的形狀，更容易產(chǎn)生熱應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而使器件發(fā)生失效。
　　本論文中研究課題來(lái)源于日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（NEDO）和早稻田大學(xué)植田研究室的合作開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，分別從封裝和芯片兩個(gè)不同的角度，分析了一款 MEMS氫氣傳感器芯片及 LTCC盒蓋封裝的熱應(yīng)力分布。所有的分析過(guò)程均通過(guò)有限元分析方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)分析的結(jié)

3、果進(jìn)行再設(shè)計(jì)、再分析。其中對(duì)于石英晶體這樣的各項(xiàng)異性材料，通過(guò)一系列的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，得到了其在分析所需要的特定晶向坐標(biāo)系下的材料屬性，針對(duì)石英MEMS器件，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量邊界熱載荷，即通過(guò)石英的晶振特性，通過(guò)測(cè)量晶振頻率來(lái)獲得相應(yīng)的熱載荷的數(shù)值。然后分別使用Comsol Multiphysics和ANSYS Workbench軟件以及相應(yīng)的CAD軟件建立起三維有限元模型，先對(duì)模型進(jìn)行溫度場(chǎng)的分析，然后再運(yùn)用熱、結(jié)構(gòu)耦合模塊對(duì)模型