微慣性器件的三維封裝設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、微慣性器件是采用微細(xì)加工技術(shù)制作而成的一種MEMS器件，利用內(nèi)部設(shè)計(jì)的敏感結(jié)構(gòu)和信號(hào)調(diào)理電路能夠檢測(cè)到載體在運(yùn)動(dòng)時(shí)的參量（加速度、角速度）。為了測(cè)量多個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)參量，同時(shí)考慮到單片集成多維慣性器件的難度，采用三維封裝技術(shù)將多個(gè)微慣性器件進(jìn)行高密度集成，可以滿(mǎn)足多維運(yùn)動(dòng)參量的測(cè)量要求。經(jīng)三維封裝后的器件尺寸更小、互連線(xiàn)更短，非常適合多個(gè)微慣性器件集成封裝的要求。本文結(jié)合 LTCC技術(shù)在集成封裝方面的優(yōu)勢(shì)，將兩個(gè)單軸硅微機(jī)械加速度計(jì)集成在

2、一個(gè)陶瓷封裝體中，制作了用于多維慣性參量測(cè)量的微加速度計(jì)器件，并對(duì)封裝結(jié)構(gòu)的可靠性和工藝實(shí)現(xiàn)的可行性進(jìn)行了詳細(xì)分析驗(yàn)證，最后對(duì)器件性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論有：
　　1、分析了微慣性器件的基本原理，針對(duì)微機(jī)械加速度計(jì)封裝的要求設(shè)計(jì)了一種三維封裝結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由上下兩層陶瓷腔體構(gòu)成，芯片內(nèi)置于腔體中，利用焊料實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的密封和互連。
　　2、對(duì)三維封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱仿真分析。在ANSYS軟件中建立封裝結(jié)構(gòu)模型，對(duì)散熱性能

3、進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的散熱性能優(yōu)異，符合芯片封裝設(shè)計(jì)要求。
　　3、鑒于焊料對(duì)封裝體密封和互連性能的影響重大，本文通過(guò)切條的方式建立了熱循環(huán)仿真模型，對(duì)焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了深入的分析：分析中發(fā)現(xiàn)塑性應(yīng)變對(duì)焊點(diǎn)應(yīng)變起主導(dǎo)作用，塑性應(yīng)變隨著循環(huán)周期的增加而不斷積累，由此解釋了焊料在長(zhǎng)期使用后出現(xiàn)失效的主要原因。利用Darveaux壽命預(yù)測(cè)模型計(jì)算出了密封失效和互連失效危險(xiǎn)焊點(diǎn)的壽命，得出最先發(fā)生的失效將是氣密失效，另外分析了焊點(diǎn)

4、尺寸對(duì)壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。
　　4、分析了封裝結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能，包括模態(tài)分析和半正弦沖擊響應(yīng)分析。通過(guò)模態(tài)分析，得到了前六階模態(tài)頻率和相應(yīng)的振型，分析了結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)模態(tài)頻率的影響。半正弦沖擊響應(yīng)的仿真中，在幅值為2000g的半正弦載荷作用下，封裝結(jié)構(gòu)仍有比較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
　　5、采用LTCC技術(shù)完成了管殼的加工并完成了三維封裝結(jié)構(gòu)的組裝，封裝后器件的尺寸為：7mm×8mm×4.1mm。搭建了測(cè)試平臺(tái)，對(duì)器件的性能進(jìn)行測(cè)試和試