灌封胶封装对高量程MEMS加速度计动态性能的影响Journalof.PDF

第 26 卷 　第 6 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 26 　No . 6 2005 年 6 月 C H IN ESE J OU RNAL O F SEM ICONDU C TOR S J une ,2005 灌封胶封装对高量程 MEMS 加速度计 动态性能的影响 蒋玉齐 　程迎军 　张 　鲲 　李昕欣 　罗 　乐 ( 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 , 传感技术国家重点实验室 , 上海 　200050) 摘要 : 利用有限元模拟方法 ,对一种压阻式高量程 M EM S 加速度计进行了 10 万 g 峰值的半正弦加速度脉冲下的 响应分析. 灌封胶弹性模量的变化对高量程加速度计输出电压信号的影响可以忽略 ,且模拟输出电压的峰值与解 析解接近. 应力分析表明 ,芯片粘结胶 、芯片与芯片盖板之间封接胶环的等效应力均随灌封胶弹性模量的增加而减 小 ;弹性模量在 4 GPa 以上的灌封胶适宜用来保护芯片. 动态有限元模拟结果与自由落杆测试结果接近. 关键词 : 高量程 M EM S 加速度计 ; 灌封 ; 弹性模量 ; 有限元分析 EEACC : 2575D 中图分类号 : TP2 12 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2005) M EM S 加速度计的封装结构进行了动态响应分析 , 1 　引言 并观察灌封胶对加速度计的影响 ,最后将模拟结果 与测试结果进行比较. 高量程 M EM S ( micro elect ro mechanical sy s ) t em s 加速度计设计用于苛刻的撞击 、爆炸 、冲击场 2 　有限元模拟 合 ,所测加速度可达几万 g 到几十万 g[ 1～3 ] ( 1g = 98m/ s2 ) . 其失效模式包括传感器的无阻尼高频共 本文所用为 自制 的双悬臂梁压 阻式高量程 振失效[2 ] 、管壳的灾难性失效[2 ,3 ] 等. 芯片安装到管 M EM S 加速度计 ,悬臂梁的敏感方向平行于芯片平 壳中之后 , 灌封可显著提高封装 的可靠性. Davie s 面. 加速度计封装结构如 图 1 ( a) 所示. 采用商用 [2 ] 等人 将承受能力达 20 万 g 的加速度计芯片及其 AN SYS 软件进行有限元动态冲击模拟. 封装结构 互连金丝都塑封起来 , 同时又不限制传感器中敏感 用 Solid 164 单元进行网格划分即得有限元模型 ,如 结构元件的运动. ( ) 图 1 b 所示. 所用材料参数列于表 1. 灌封胶通常为 但是通常的实验室条件如 自由落杆试验 、霍普 掺杂或不掺杂 SiO2 填充料的环氧胶或有机硅胶. 当 金森压杆试验等难以产生如此高的冲击加速度. 与 有 SiO2 填充料时弹性模量比较高. 为便于考察灌封 实验测量手段相比,有限元分析技术已经成熟 ,具有 胶弹性模量的影响 ,假定灌封胶的密度都为 15g/ [4 ] 3 快速高效 、信息量大的优