封装胶残留致MEMS振动传感器失效分析 MEMS,传感技术技术文章

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MEMS,传感技术相关技术文章封装胶残留致MEMS振动传感器失效分析

随着电子产品的微型化和智能化，MEMS（Micro-electromechanical Systems，微机电系统）传感器因其体积小、重量轻、工艺一致性好，得到了广泛的发展和应用。MEMS振动传感器作为一种常用产品，在小至智能手机、手持设备，大至飞机、导弹中都广泛应用，而一旦其失效，就会导致振动状态感知错误，影响设备使用甚至造成装备毁坏，其质量与可靠性是设备正常使用的重要前提。而MEMS振动传感器结构精密、工艺复杂，不仅包括传统集成电路的结构和工艺，还包括微小机械组件，失效原因较为复杂，包括硅体倾斜、弹性梁损伤、阻尼异常、多余物残留等，其中封装胶就是一种常见的多余物。

1 封装胶残留致失效的机理分析

1.1 MEMS振动传感器内部结构与工作原理

MEMS是一个微机械系统，随着系统的缩小，表面效应将会占据主导地位，毛细管力、范德华力和静电力增大。由于尺寸效应，材料自身表面的瑕疵和错位也不再是小尺寸。MEMS常见的失效模式和原因如下表所示。

表1 MEMS失效模式和原因

典型MEMS传感器设计为三层硅结构，中间层为主芯片，由带四根梁的硅框架支撑一块经微细加工而成的硅质量块，上下分别由硅盖板进行限位保护，上下盖板是用专用胶与中间层外框架相连，如下图所示。

图1 典型MEMS振动传感器微结构

当硅框架受到加速度作用时，加速度使硅质量块产生惯性力，硅质量块相对于硅框架运动，从而使弹性梁产生应力，弹性梁表面的应变电阻发生变化，通过电桥转换为电压输出。

在加工中，大多采用圆片级涂胶、匀胶和键合工艺。硅盖板表面呈凸凹结构，在涂胶量的控制方面，如果涂胶量偏少，则键合强度难以保障；如果涂胶偏多，则多余的封装胶难以清除，因此在键合时，也就有可能对圆片中的个别主芯片产生局部胶污染。