微慣性器件的三維封裝設計與實現.pdf

1、微慣性器件是采用微細加工技術制作而成的一種MEMS器件，利用內部設計的敏感結構和信號調理電路能夠檢測到載體在運動時的參量（加速度、角速度）。為了測量多個方向的運動參量，同時考慮到單片集成多維慣性器件的難度，采用三維封裝技術將多個微慣性器件進行高密度集成，可以滿足多維運動參量的測量要求。經三維封裝后的器件尺寸更小、互連線更短，非常適合多個微慣性器件集成封裝的要求。本文結合 LTCC技術在集成封裝方面的優勢，將兩個單軸硅微機械加速度計集成在

2、一個陶瓷封裝體中，制作了用于多維慣性參量測量的微加速度計器件，并對封裝結構的可靠性和工藝實現的可行性進行了詳細分析驗證，最后對器件性能進行了實驗研究。主要的研究內容和結論有：
　　1、分析了微慣性器件的基本原理，針對微機械加速度計封裝的要求設計了一種三維封裝結構。該結構由上下兩層陶瓷腔體構成，芯片內置于腔體中，利用焊料實現結構的密封和互連。
　　2、對三維封裝結構進行熱仿真分析。在ANSYS軟件中建立封裝結構模型，對散熱性能

3、進行了仿真，結果表明該結構的散熱性能優異，符合芯片封裝設計要求。
　　3、鑒于焊料對封裝體密封和互連性能的影響重大，本文通過切條的方式建立了熱循環仿真模型，對焊點的應力應變進行了深入的分析：分析中發現塑性應變對焊點應變起主導作用，塑性應變隨著循環周期的增加而不斷積累，由此解釋了焊料在長期使用后出現失效的主要原因。利用Darveaux壽命預測模型計算出了密封失效和互連失效危險焊點的壽命，得出最先發生的失效將是氣密失效，另外分析了焊點

4、尺寸對壽命預測結果的影響。
　　4、分析了封裝結構的抗沖擊性能，包括模態分析和半正弦沖擊響應分析。通過模態分析，得到了前六階模態頻率和相應的振型，分析了結構尺寸對模態頻率的影響。半正弦沖擊響應的仿真中，在幅值為2000g的半正弦載荷作用下，封裝結構仍有比較好的動態響應。
　　5、采用LTCC技術完成了管殼的加工并完成了三維封裝結構的組裝，封裝后器件的尺寸為：7mm×8mm×4.1mm。搭建了測試平臺，對器件的性能進行測試和試