封装效应对微加速度计稳定性影响的基础问题研究

Packaging technology is one of the three key technologies of high stable micro accelerometers. The structure deformation induced by packaging has become one of the biggest obstacles to the stability improvement of micro accelerometers. In this project, the comb capacitive micro accelerometer is selected to systematically study the relationship between packaging effects and stability of micro accelerometers. According to the packaging problems encountered in the thermocycling test and long-term storage test of micro devices, the packaging model including ceramic substrate, packaging adhesive and glass is established to explore the sources of small deformation of sensitive unit structure based on the material properties and processing mechanics behaviors of packaging adhesive. Then the mechanism of influence of packaging on stability is studied to clarify the relationship of stability of micro accelerometers and the material properties, curing conditions and structure parameters of packaging adhesives, also to propose the principles of adhesive adoption and optimization scheme of sensitive unit structure to improve the stability of micro accelerometers. The achievements of this research can be used as theoretical guidelines on the stability design of micro accelerometers and other MEMS devices.

封装技术是高稳定性微加速度计的三大关键技术之一，封装引起的结构变形已成为限制微加速度计稳定性提升的最大障碍之一。为系统地研究封装效应与微加速度计稳定性的关系，本项目以“叉指”结构电容式微加速度计为对象，建立包括陶瓷基底-封装胶-玻璃的微加速度计封装模型，针对器件在高低温实验、长期贮存实验中的封装问题，基于封装胶材料特性与工艺力学行为，探索微加速度计敏感单元结构的小变形根源，研究封装影响稳定性的机理，阐明微加速度计稳定性与封装用胶的材料特性、固化工艺、结构参数等的关系，提出高稳定性微加速度计的封装胶选用原则及敏感单元结构优化方案，为微加速度计以及其它MEMS器件的封装稳定性设计提供理论参考。

封装技术是高稳定性微加速度计的三大关键技术之一，封装引起的结构变形已成为限制微加速度计稳定性提升的最大障碍之一。为系统地研究封装效应与微加速度计稳定性的关系，本项目以“叉指”结构电容式微加速度计为对象，在考虑封装胶的不同固化形状以及胶内残留气体的不均匀分布，建立了包括陶瓷、胶、玻璃的物理模型，研究了陶瓷-胶界面与胶-玻璃界面的应力传递规律、粘弹性材料变形规律及玻璃表面变形规律。通过建立微加速度计的敏感结构模型，确定了影响微加速度计的零偏值与灵敏度的关键结构变形类型；以封装胶材料特性(包括弹性模量、热膨胀系数、弹塑性参数、残余应力等)、几何参数、固化工艺参数、敏感单元结构参数为变量，结合封装结构的物理模型寻求引起关键结构变形的变量参数，提出了器件性能参数与胶材料特性及界面参数的物理关系。研究了典型封装胶经长期贮存实验与高低温实验后的材料特性变化规律，重点了研究封装材料在封闭环境中的热稳定性及热传递特性，定量分析了影响微加速度计长期稳定性的材料特性参数范围。最后结合胶材料特性与工艺力学行为的研究成果，阐明了实现敏感结构关键变形极小化的胶材料参数配置要求，提出了封装胶的选择原则。通过研究极小变形与敏感结构布局方案的关系，探索了基于胶材料特性与封装界面的微加速度计稳定性设计方法，提出了敏感单元的结构优化方案。该项目的研究成果为微加速度计以及其它MEMS器件的封装稳定性设计提供理论参考。

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