Упаковка МЭМС-гироскопа: структурный анализ упаковки для глубоких отверстий

Гироскоп MEMS сочетает в себе традиционную технологию интегральных схем и различные технологии микрообработки, которые постепенно развивались и совершенствовались в последние годы, с быстрым развитием проектирования и подготовки гироскопов MEMS, проектирование и производство гироскопов MEMS получает все больше и больше внимание. В процессе производства, хранения и использования MEMS-гироскопов множество внешних факторов окружающей среды могут отрицательно повлиять на надежность MEMS-гироскопов. Например, вибрация и удары вызывают разрыв, ползучесть, налипание, износ, расслоение, загрязнение частицами и усталость внутренних компонентов модуля, а изменение температуры вызывает разрушение, ползучесть, деградацию электролита, расслоение и усталость.

В этой статье предлагается новая технология упаковки для МЭМС-сенсоров — технология ступенчатой ​​упаковки с глубокими отверстиями.

*Проблемы метода инкапсуляции LCC
*
В настоящее время методом упаковки MEMS-гироскопа является метод упаковки флип-чипа (LCC-упаковка). Чтобы предотвратить выход из строя MEMS-гироскопов из-за термического остаточного напряжения, вызванного плохим термическим согласованием между материалами во время упаковки или использования, в корпусах LCC обычно используется базовый наполнитель, чтобы облегчить проблему плохого термического согласования между паяными соединениями чипа и подложкой корпуса. Однако из-за небольшого размера модели датчика процесс использования наполнителя подложки станет очень сложным, а стоимость производства в определенной степени увеличится, поэтому традиционная схема упаковки не может быть применима. Во-вторых, наиболее простой схемой усовершенствования корпуса является изменение геометрии области максимальной концентрации напряжений нижней пластины. Однако, поскольку форма кварцевой нижней пластины влияет на частоту кристалла, легкое изменение ее формы повлияет на производительность датчика и ограничит повышение точности изделия. Если форма какой-либо позиции нижней пластины изменится, необходимо соответствующим образом отрегулировать форму всего электрода. Значительно увеличивает стоимость упаковки.

Для решения вышеуказанных технических проблем в этой статье предлагается гироступенчатый процесс упаковки глубоких отверстий MEMS. Ступенчатая конструкция корпуса с глубокими отверстиями включает в себя кварцевую подложку, металлическую оболочку, чип, золотую проволоку и ступенчатое глубокое отверстие, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Структура корпуса МЭМС-гироскопа с глубокими отверстиями.

Где,

1-Кварцевая подложка

2-металлический корпус

3-чип

4 отверстия в чипе

Внутренняя площадка с 5 чипами

6-ступенчатые отверстия в кварцевой подложке

8-ступенчатое отверстие внутри колодки

9-Золотая нить

10-Кварцевая подложка внутри ступенчатых отверстий

11-Кварцевая подложка, внутреннее нижнее ступенчатое отверстие

16-Вентиляционное отверстие

*Поэтапная схема процесса упаковки с глубокими отверстиями
*
Конкретный процесс использования ступенчатого процесса упаковки с глубокими отверстиями показан на рисунке 2. Сначала чип укладывается на кварцевую подложку, а отверстия в чипе совмещаются с отверстиями в кварцевой подложке с помощью позиционирующего инструмента. Затем юстировка проверяется с помощью мощной линзы. Процесс соединения золотой проволоки — это своего рода производственная технология, которая соединяет золотую проволоку с поверхностью электронных устройств. Этот процесс широко используется при производстве полупроводниковых чипов и других микроэлектронных устройств. Это один из необходимых процессов производства и упаковки электронных компонентов. Соединение металлической проволоки и электрода осуществляется методом горячей прессовой сварки. После завершения приклеивания золотой проволоки ступенчатое глубокое отверстие заполняется двухкомпонентным добавочным герметизирующим клеем для обеспечения затвердевания кварцевой подложки и чипа. Реакция сверхприсоединения двухкомпонентного герметизирующего клея с добавкой приводит к сшиванию и отверждению в высокоэффективный эластомер, который можно отверждать при комнатной температуре или ускорять при высокой температуре ниже 80 ℃, при этом материал не имеет явной усадки и повышения температуры реакции. во время лечения. Отвержденный эластомер обладает превосходными электрическими свойствами, устойчивостью к старению, устойчивостью к высоким и низким температурам, водо- и влагостойкостью, хорошей глубокой вулканизацией, не вызывает коррозии контактного материала и не загрязняет окружающую среду. Наконец, установив фиксированное соединение между металлическим корпусом и кварцевой подложкой, чип инкапсулируется в металлический корпус. После фиксации металлического корпуса пространство между чипом и металлическим корпусом заполняется и затвердевает двухкомпонентным добавочным герметизирующим клеем для завершения упаковки всего чипа. В процессе упаковки глубоких отверстий ступенчатого гироскопа MEMS ступенчатая структура, образующаяся между чипом и кварцевой подложкой, удобна для электрического соединения площадки и может лучше снимать напряжение, повышая точность продукта.

Рисунок 2. Процесс упаковки глубоких отверстий лестницы MEMS-гироскопа

Заключение _

В этой статье предлагается новый метод упаковки, отличающийся от LCC, для решения проблем плохого термического согласования и концентрации напряжений между материалами во время упаковки или использования гироскопа MEMS. Предлагаемая технология упаковки ступенчатых глубоких отверстий MEMS-гироскопов заключается в создании ступенчатых отверстий внутри кварцевой подложки, их совмещении с отверстиями внутри чипа, соединении кварцевой подложки с чипом с помощью процесса соединения золотой проволокой и использовании двухкомпонентного горшка. уплотнительный клей для заполнения и затвердевания и сброса давления. Кривая смещения и кривая напряжения двух методов упаковки колеблются в зависимости от периодических колебаний температурной нагрузки, а значение экстремального напряжения постоянно увеличивается. Смещение стружки и напряжение при традиционном процессе упаковки LCC значительно больше, чем при ступенчатой ​​упаковке с глубокими отверстиями, при этом последнее смещение составляет около 19–27% от первого смещения, а последнее напряжение составляет около 18–57% от прежний стресс. Результаты показывают, что ступенчатая структура корпуса с глубокими отверстиями может эффективно уменьшить коробление и концентрацию напряжений внутренних компонентов модуля.

LCC как надежный традиционный метод упаковки, до сих пор существуют отличные MEMS-гироскопы, использующие упаковку LCC. Например, ER-MG2-50/100 , который в основном используется для наземного определения севера, имеет нестабильность нулевого смещения от 0,01 до 0,02°/час и случайные блуждания угловой скорости от 0,0025 до 0,005°/√час. ЭР -МГ2-300/400 представляет собой МЭМС-гироскоп для воздушной и морской навигации с нестабильностью нулевого смещения 0,03-0,05° град/час и случайными блужданиями угловой скорости 0,01-0,025°/√час.

Если вы заинтересованы в гироскопе MEMS , пожалуйста, свяжитесь с нами.