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发表人:instinct 发表时间:2013/4/23 21:51:00  

 

 本栏论题: MEMS压力传感器的贴片工艺和引线键合工艺  [1047]

    MEMS压力传感器的制作工艺对传感器的性能影响很大,在所有工艺中有两种工艺特别重要,分别是传感器的贴片工艺和引线键合工艺,下面就这两种工艺的操作手法做下说明,并通过实验表明哪种更适合制造压力传感器的需要。
    贴片工艺
    MEMS压力传感器的贴片工艺一般要求有足够的贴片强度、尽可能小的贴片应力和能满足传感器的工作温度等。用于压力芯片的贴片材料主要有焊料和胶,不同的贴片材料对压力传感器性能影响有很大不同。由于焊料贴片时要求对芯片背面进行金属化处理,工艺相对较复杂,而用胶进行贴片,其工艺更简单,且成本较低,所以压力传感器选用贴片胶工艺进行贴片比较多。
    由于固化后胶的软硬对传感器的性能有很大影响,可以通过实验测试了软硬胶对压力传感器零点输出的影响,针对同一芯片,分别采用无贴片胶、软贴片胶、硬贴片胶等三种情况,在-30~125℃下对传感器的零点输出进行了测试,你会看到贴片胶对压力传感器零点的影响随温度变化而变化,在低温时,使用了硬胶贴片的传感器的零点明显高于使用软胶与无胶的,这种差别随着温度的升高变得越来越小。
    这里面主要有三个原因:贴片胶的弹性模量随温度的升高而变小;贴片胶高温固化,在低温时会引起收缩残余应力;贴片胶和芯片材料热膨胀系数不同产生的热应力。特别需要注意的是,在85℃之后,硬胶的影响突然变小,小到几乎与无胶的情况相同。这是因为硬胶的玻璃化温度(Tg)为85℃,高于Tg点时胶的杨氏模量变小,因而对传感器的零点温漂影响变小。
    因此,在选用贴片胶时,要求胶的Tg大于压力传感器的工作温度,以确保传感器零点的稳定性和工作的可靠性。
    引线键合工艺
    用于引线键合的键合线有Al线和Au线,由于Au线性能更优,所以MEMS压力传感器的键合工艺选用Au线。键合时要使键合面保持清沽,否则会影响键合强度,等离子清洗是一种能有效提高键合强度的方法。由于机油压力传感器工作环境恶劣,尤其是频繁的振动会导致金丝有缺陷的地方疲劳断裂,或者最容易疲劳的位置如第二焊点附近的颈部位置发生断裂,因此要求更高的键合质量。
    在某种机油压力传感器台架试验中,在一批试验样品经过6×105次加压和卸压试验之后,发现有两个样品失效,故障分析结果表明:一个样品的失效模式为信号处理电路上的一个电阻损坏;另一个样品的失效模式为金丝线断裂。对于这种情况,可以采用双金丝键合工艺,并尽量选用高纯度、低缺陷的金丝,并做好引线键合前各封装器件的清洁工作。这样对金丝键合工艺进行改进后,在可靠性试验中,未曾出现金丝断裂的质量问题。
   

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