Micro thermal shear stress sensor based on vacuum anodic bonding and bulk-micromachining

This paper describes a micro thermal shear stress sensor with a cavity underneath, based on vacuum anodic bonding and bulk micromachined technology. A Ti/Pt alloy strip, 2μm×100μm, is deposited on the top of a thin silicon nitride diaphragm and functioned as the thermal sensor element. By using vacuum anodic bonding and bulk-si anisotropic wet etching process instead of the sacrificial-layer technique, a cavity, functioned as the adiabatic vacuum chamber, 200μm×200μm×400μm, is placed between the silicon nitride diaphragm and glass （Corning 7740）. This method totally avoid adhesion problem which is a major issue of the sacrificial-layer technique.

低热零点漂移的高温绝压压力传感器

传统的高温绝压压力传感器一般采用硅和玻璃进行阳极键合来制备绝压腔。由于高温环境下硅片和硼硅玻璃的热膨胀系数不匹配,从而产生较高的热零点漂移。文中提出了一种低热零点漂移的压力传感器设计方案,由硅-玻璃-硅的三层结构代替普通的双层阳极键合结构,并给出了热力学仿真模型。分析表明:改变传感器硅与玻璃的结构比例,实现应力匹配可以有效减小热应力。对芯片进行了高温实验测试,发现传感器的热零点漂移变化率减小了50%。

半导体高温压力传感器的静电键合技术

本文论述了多晶硅高温压力传感器中的硅 玻璃静电键合技术 ,包括硅 玻璃静电键合机理 ,键合强度及键合后残余应力的改善措施 .通过大批量键合封接实验 ,键合的成品率达到 95

硅压力传感器中硅玻璃阳极键合的热应力分析

由于硅与玻璃阳极键合需要在相对较高的温度下进行,因此材料之间会因热膨胀系数失配而产生较大的热应力,该应力对压力传感器的性能影响较大。对采用单晶硅横膈膜作为敏感膜与玻璃环阳极键合形成压力参考腔的封装,用有限元方法对硅玻璃环键合后因温度变化所产生的应力分布进行了系统仿真分析,并采用泰曼-格林干涉仪对键合后硅片的变形进行测量。测量结果显示硅膜的挠度为283nm,测量结果与仿真结果基本一致。

基于ANSYS仿真的阳极键合薄膜形变量的研究

阐述了一种利用阳极键合技术加工的光纤法布里-珀罗MEMS压力传感器的工作原理,建立了考虑阳极键合产生的热应力作用下边界固支的圆膜受外加压力的薄膜形变量公式。利用有限元分析软件ANSYS对与玻璃环键合后实际结构中的膜片在压力作用下的挠度变化进行模拟,采用麦夸特(Levenberg-Marquardt)算法对模拟结果进行拟合修正,曲线拟合度达99.99%,得到了键合后实际结构中硅膜在外加压力作用下的形变量拟合公式。修正公式的曲线与实际ANSYS模拟所得数据拟合曲线的误差小于0.01%。该研究对膜片型光纤压力传感器的结构参数设计和广泛应用具有重要的理论指导意义。

基于热粘性声学的电容式声压水听器

针对水下设备平台对于声压信号探测的需要,设计了一款微电子机械系统(MEMS)电容式声压水听器,通过理论分析和Comsol仿真分析,确定水听器敏感振动薄膜的半径为600μm,膜厚为3μm,空腔高度为3μm。考虑到声波在小尺寸声学换能器中传播时会受到热阻尼和粘滞阻尼的作用,在仿真分析的过程中创新性地加入了热粘性声学多物理场。在工艺加工的过程中尝试了牺牲层工艺和阳极键合工艺两种关键工艺步骤,并最终通过阳极键合工艺得到了质量较高的振动薄膜。测试过程中将水听器封装在金属屏蔽壳内,避免受到外界复杂电磁环境的干扰,利用阻抗分析仪对水听器进行测试,得到水听器平均电容值为4.277 pF,平均相位为-89.129°,证明水听器符合电容性特征并且具有良好的一致性,同时验证了振动薄膜加工方案的可行性,为制备薄膜结构的传感器提供了新思路。

SOI压力传感器阳极键合残余应力研究

绝缘体上硅(SOI)压力传感器通常采用阳极键合实现圆片级气密封装,硅片和硼硅玻璃片通过阳极键合技术在360℃左右形成可靠的结合。硅片和硼硅玻璃片的热膨胀系数不能完全匹配,降温后的硅—玻璃圆片必然会存在残余应力。残余应力直接影响传感器性能、稳定性和可靠性。建立了残余应力计算模型,分析了残余应力与硼硅玻璃片厚度的关系;完成了键合试验,通过测量圆片曲率半径得到了弯曲应力的量值,验证了通过调整玻璃片厚度实现应力匹配的方法。样品测试结果表明:通过应力匹配减小了工艺残余应力,有效提高了压力传感器的长期稳定性。

静电封接中的热应力研究

通过对静电封接结构的受力分析，建立了静电封接后弹性膜片的热失配应力数学模型。并分析了改善微压传感器性能的技术途径。

硅玻璃阳极键合绝压压阻式压力传感器中的残余应力

硅玻璃阳极键合技术因键合强度高,工艺简单而成为低成本绝压压力传感器的主要封装技术。但由于常规的硅玻璃阳极键合需要在相对较高的温度下进行且材料之间不可避免的热膨胀系数失配将产生较大的残余应力。实验采用有限元方法对硅玻璃阳极键合进行了系统的力学分析以减小残余应力对器件性能的影响。实验中采用硅玻璃阳极键合技术制备了不同压敏膜厚度和尺寸的传感器并测试其曲率与零点以对残余应力进行分析验证。