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MEMS機油壓力天博国际可靠性研究

時間:2021-04-22 點擊次數:

天博app下载官网在集成電路生產工藝和專用微機電加工方法的基礎上,MEMS是一項蓬勃發展的高新技術,采用MEMS技術開發的壓力天博国际具有體積小、重量輕、響應快、靈敏度高、批量生產容易、成本低等優點,逐漸取代了基于傳統機電技術的壓力天博国际。目前,許多MEMS壓力天博国际應用于汽車電子系統,如發動機共軌壓力、油壓力、歧管空氣進氣壓力、輪胎壓力等。其中,油壓天博国际是測量汽車發動機油壓的重要天博国际,其可靠性直接關系到汽車和人的安全。選擇MEMS壓力芯片,成功研發汽車發動機油壓力天博国际,研究油壓力天博国际的封裝工藝和可靠性。在天博国际開發過程中,嚴格按照汽車電子產品的質量要求,分析和測試天博国际的包裝和安裝過程,大大提高了天博国际的可靠性。


MEMS機油壓力天博国际可靠性研究(圖1)

二是工作原理和制造技術。

MEMS壓力天博国际利用壓阻效應原理,采用集成工藝技術混合擴散,沿單晶硅片上的特定晶方向形成應變電阻,形成惠斯通電橋,利用硅片材料的彈性力學特性,在同一硅片材料上進行各向異性微加工,形成集力敏和力電轉換檢測為一體的擴散硅片天博国际。一般來說,天博国际芯片產生4個多晶硅電阻,電阻制作在硅膜的邊緣,是因為在膜的邊緣,當膜受到作用力時,應變引起的電阻變化最大。4個電阻R1、R2、R3、R4構成惠斯通電橋構成壓力檢測電路,當電橋輸入的電壓為Vin時,膜上的4個電阻相等(即R1=R3=R3=R4),當膜受力變形時,2個電阻變大,2個電阻變小,

Voffset是天博国际零應力和零應變時的輸出。從式(1)可以看出,壓阻壓力天博国际有兩種工作方式,一種是恒壓工作,另一種是恒流工作。

MEMS壓力天博国际的重要包裝形式之一是采用充油不銹鋼結構,稱為充油的基本制造技術包括芯片、導線、包裝箱、充油和二次組裝。

三是可靠的實驗。

3.1芯片貼片技術。

天博国际的芯片技術對天博国际的性能有很大影響,一般要求足夠的芯片強度,盡可能小的芯片應力,滿足天博国际的工作溫度等。對壓力芯片使用的貼片材料主要有焊料和膠料,不同的貼片材料對天博国际的性能有很大影響。焊接芯片時需要金屬化處理芯片背面,技術復雜,用膠片芯片,技術簡單,成本低,本壓力天博国际選擇芯片技術芯片。固化后粘合劑的硬度對天博国际的性能有很大影響,因此粘合劑對壓力天博国际零點輸出的影響進行了試驗,對于同一芯片,分別采用無粘合劑、軟粘合劑(楊氏模量約為1~10MPa量級,玻璃化溫度低于-40℃),硬粘合劑(楊氏模量為3.56GPa,玻璃化溫度為85℃)等3種情況,在-30~125℃進行了試驗。

粘合劑對天博国际零點的影響隨溫度的變化而變化,在低溫下,使用硬粘合劑的天博国际零點明顯高于使用軟粘合劑和無粘合劑,這種差異隨溫度的上升而變小。這主要有三個原因:①膠水的彈性模量隨溫度升高而變小;②膠水的高溫硬化,低溫時會引起收縮的殘余應力;③膠水與芯片材料的熱膨脹系數不同產生的熱應力。特別需要注意的是,85℃后,硬膠的影響突然變小,幾乎與無膠的情況相同。這是因為硬橡膠的玻璃化溫度(Tg)為85℃,高于Tg時橡膠的楊氏模量變小,對天博国际零點溫度的影響變小。因此,在選擇膠水時,膠水的Tg大于天博国际的工作溫度,確保天博国际零點的穩定性和工作可靠性。

3.2引線連接技術。

天博app下载官网引線鍵有Al線和Au線兩種,Au線性能好,壓力天博国际的鍵技術選擇Au線。在鍵合過程中,要保持鍵合面清,否則會影響鍵合強度,等離子清洗是有效提高鍵合強度的方法。油壓天博国际工作環境惡劣,特別是頻繁振動會導致金絲有缺陷的地方疲勞斷裂,或者最容易疲勞的地方,例如第二焊點附近的頸部位置斷裂,因此需要較高的鍵合質量。曾經對開發的油壓天博国际進行過臺架試驗,在一組樣品中經過6×105次加壓和卸壓試驗后,發現兩個樣品發生故障,故障分析結果顯示,一個樣品的故障模式是信號處理電路的電阻損壞,另一個樣品的故障模式是金線斷裂。在這種情況下,可采用雙金絲鍵合工藝,盡量選擇高純度、低缺陷的金絲,在引線鍵合過程中進行可靠性試驗。

3.3硅油的選擇和處理。

由于芯片對環境的要求特殊,接觸硅芯片的硅油需要具備以下特點:良好的介電性能,盡可能小的熱膨脹系數,良好的化學穩定性,良好的耐熱性和耐寒性。硅油的凈化處理是薄膜隔離壓力天博国际封裝的重要技術步驟,如果凈化不干凈,硅油和天博国际的壓力部分的油腔混合氣體、水分等容易揮發的物質,溫度區整體的體積變化不規則,外部的待測壓力不能正確地傳遞給芯片,壓力天博国际的溫度變化更加嚴重。這種現象反映在零點的溫度漂移上,可用于評估包裝質量。通常,由于恒壓源激勵下壓力天博国际的靈敏度溫度系數為負值,壓力天博国际的零點稍下降,如圖5、6、7、8所示硅油凈化不足的壓力天博国际零點的溫度漂移很大,但隨著溫度漂移量的增加,這種溫度漂移量很難保證硅油的高度。

硅油在高溫下長時間工作會發生變化。如果新分解的化學成分中含有小顆粒的導電性物質,可能會通過芯片鈍化層破壞芯片或介入擴散阻力條的中間,形成短路或污染。如圖6所示,隔離包裝的壓力天博国际長時間放置在125℃的高溫下。

1#、2#、3#涂抹保護層,4#、5#未涂抹保護層。沒有保護層的天博国际在高溫下保存約200小時后,其零點突然發生變化,之后數據不穩定涂有保護層的壓力天博国际零點在600小時以上后也穩定。因此,為了防止硅油污染引起的壓力天博国际故障,采取了必要的措施。首先,在高溫下盡量選擇穩定的硅油,其次,盡量選擇鈍化層好的芯片,最后,在不影響敏感度的情況下,在封裝過程中也可以對芯片和導線進行鈍化層處理。

四是結論。

分析和實驗結果表明,油壓天博国际的包裝材料和各工藝步驟都會影響天博国际的性能和可靠性。貼片橡膠的性能不能滿足要求,天博国际信號的漂移和高溫不穩定的導線連接強度不足,工作中斷裂的硅化學穩定性和耐溫性不足,天博国际的高溫輸出信號不穩定,硅油中的空氣和雜質天博国际的零點輸出過大等。這些問題的存在會影響天博国际的長期可靠性。

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