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- MEMS壓力傳感器的制作工藝淺淡
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/7/13
MEMS壓力傳感器的制作工藝對傳感器的性能影響很大,在所有工藝中有兩種工藝特別重要,分別是傳感器的貼片工藝和引線鍵合工藝,下面就這兩種工藝的操作手法做下說明,并通過實驗表明哪種更適合制造壓力傳感器的需要。
貼片工藝
MEMS壓力傳感器的貼片工藝一般要求有足夠的貼片強(qiáng)度、盡可能小的貼片應(yīng)力和能滿足傳感器的工作溫度等。用于壓力芯片的貼片材料主要有焊料和膠,不同的貼片材料對壓力傳感器性能影響有很大不同。由于焊料貼片時要求對芯片背面進(jìn)行金屬化處理,工藝相對較復(fù)雜,而用膠進(jìn)行貼片,其工藝更簡單,且成本較低,所以壓力傳感器選用貼片膠工藝進(jìn)行貼片比較多。
由于固化后膠的軟硬對傳感器的性能有很大影響,可以通過實驗測試了軟硬膠對壓力傳感器零點輸出的影響,針對同一芯片,分別采用無貼片膠、軟貼片膠、硬貼片膠等三種情況,在-30~125℃下對傳感器的零點輸出進(jìn)行了測試,你會看到貼片膠對壓力傳感器零點的影響隨溫度變化而變化,在低溫時,使用了硬膠貼片的傳感器的零點明顯高于使用軟膠與無膠的,這種差別隨著溫度的升高變得越來越小。
這里面主要有三個原因:貼片膠的彈性模量隨溫度的升高而變小;貼片膠高溫固化,在低溫時會引起收縮殘余應(yīng)力;貼片膠和芯片材料熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的熱應(yīng)力。特別需要注意的是,在85℃之后,硬膠的影響突然變小,小到幾乎與無膠的情況相同。這是因為硬膠的玻璃化溫度(Tg)為85℃,高于Tg點時膠的楊氏模量變小,因而對傳感器的零點溫漂影響變小。
因此,在選用貼片膠時,要求膠的Tg大于壓力傳感器的工作溫度,以確保傳感器零點的穩(wěn)定性和工作的可靠性。
引線鍵合工藝
用于引線鍵合的鍵合線有Al線和Au線,由于Au線性能更優(yōu),所以MEMS壓力傳感器的鍵合工藝選用Au線。鍵合時要使鍵合面保持清沽,否則會影響鍵合強(qiáng)度,等離子清洗是一種能有效提高鍵合強(qiáng)度的方法。由于機(jī)油壓力傳感器工作環(huán)境惡劣,尤其是頻繁的振動會導(dǎo)致金絲有缺陷的地方疲勞斷裂,或者最容易疲勞的位置如第二焊點附近的頸部位置發(fā)生斷裂,因此要求更高的鍵合質(zhì)量。
在某種機(jī)油壓力傳感器臺架試驗中,在一批試驗樣品經(jīng)過6×105次加壓和卸壓試驗之后,發(fā)現(xiàn)有兩個樣品失效,故障分析結(jié)果表明:一個樣品的失效模式為信號處理電路上的一個電阻損壞;另一個樣品的失效模式為金絲線斷裂。對于這種情況,可以采用雙金絲鍵合工藝,并盡量選用高純度、低缺陷的金絲,并做好引線鍵合前各封裝器件的清潔工作。這樣對金絲鍵合工藝進(jìn)行改進(jìn)后,在可靠性試驗中,未曾出現(xiàn)金絲斷裂的質(zhì)量問題。
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