半导体高温压力传感器的静电键合技术

半导体高温压力传感器的静电键合技术

一、半导体高温压力传感器的静电键合技术(论文文献综述)

张成印[1](2021)在《碳化硅光纤法珀高温压力传感器的设计与制备》文中提出压力传感器作为工业实践中最为常见的一种传感器,在军用和民用的众多领域起着关键的作用。传统的常温压力传感器由于受到器件材料及封装结构等诸多限制,无法完成在超高温恶劣环境中压力参数的原位测量,因此,对耐高温压力传感器的研究逐渐成为热点。压力传感器主要有压阻式,电容式和光纤式等类型,与其他种类的压力传感器相比,光纤式压力传感器具有抗电磁干扰、成本低高温环境稳定性好等优点,同时碳化硅材料具有高熔点、热稳定性良好、光学性能好及抗化学腐蚀等优点,成为耐高温压力传感器的理想材料。本文基于碳化硅材料,设计了一种适用于高温环境中的光纤法珀压力传感器。本文以高温恶劣环境下压力参数原位测量的迫切需求为出发点,对碳化硅光纤法珀高温压力传感器进行了深入研究,主要研究内容分为以下三个部分:(1)传感器的设计主要基于光纤法珀干涉原理,对传感器的整体结构进行设计,并根据薄板理论及斐索解调系统限制设计出传感器敏感结构的具体参数,最后利用COMSOL软件进行静态力学仿真以验证传感器尺寸设计的可行性。(2)传感器的制备基于现有MEMS加工技术及设计要求,设计出完整的工艺制备流程,根据工艺流程完成传感器的制备,并对制备过程中的刻蚀工艺、减薄抛光工艺、激光工艺和键合工艺进行的详细的研究分析及特定优化。(3)传感器的封装与测试进行了基于碳化硅材料光纤传感器的光纤集成工艺的探究,最终采用碳化硅陶瓷的机械封装结构。对制备完成的传感器首先进行气密性和键合强度等工艺质量测试,气密性检测结果为1.5×10-9Pa·m3/s,键合强度可以达到23.7Mpa,都可以达到MEMS器件的基本制造要求。最终搭建常温测试系统和温度/压力复合测试系统对传感器进行压力敏感性能测试,测试结果表明,该传感器常温状态下灵敏度为0.929nm/KPa,非线性误差小于0.35%FS;在600℃高温时,在测试压力量程范围内,传感器样机的灵敏度为0.952nm/KPa,非线性误差小于0.41%FS。

黄崇勇[2](2021)在《一种H型梁谐振式MEMS压力传感器》文中进行了进一步梳理MEMS压力传感器因其结构特点和工作原理,具有测量精度高、易于大批量生产、长期稳定性好等优点,且制造过程与传统集成电路工艺兼容,已经广泛应用于航空航天、智能制造、汽车电子及生物医学领域。随着先进制造、人工智能技术发展,结合谐振式传感器具有灵敏度高、成品体积小、驱动功耗低的特点,谐振式MEMS压力传感器一直以来是国内外高校、科研机构研究的重点。传统压力传感器主要采用静电激励、电热激励、压电激励等驱动方式,存在非线性变化大、结构复杂、实现难度高等弊端。基于此,本篇论文设计了一种H型梁谐振式MEMS压力传感器,采用电磁激励/电磁拾振方式,敏感结构主要包括H型双端固支谐振梁、硅岛和压力敏感薄膜三个部分。利用Solid Works三维CAD软件建立MEMS压力传感器模型,通过ANSYS有限元仿真软件对传感器进行模拟分析与仿真验证,完成H型双端固支谐振梁前6阶模态分析、敏感薄膜预应力形变仿真和应力仿真,以及在空载、满量程、过压时压力传感器的总体仿真,得到传感器各项尺寸参数,结果显示:传感器量程为0~300k Pa,最大过载1.2倍满量程时,所设计H型梁谐振式MEMS压力传感器初始频率为57.984k Hz,传感器灵敏度达66.98Hz/k Pa,非线性误差小于0.15%×FS。最后根据压力传感器的仿真优化结果,按照MEMS制造规范,经过光刻、深反应离子刻蚀,以及硅通孔技术、真空封装等步骤,完成工艺流程设计。

李旺旺[3](2019)在《蓝宝石高温压力传感器关键技术研究》文中提出超高温环境下压力参数的原位测试在航空航天、环境能源、采矿冶金、生物医学等领域有着广泛的需求,尤其在先进发动机领域。譬如,高温恶劣环境下压力参数的原位测试与提取对提高涡轮发动机、冲压发动机及火箭发动机中燃烧室的燃烧效率,增强发动机可靠性、提高发动机稳定性控制效果和运行安全系数、延长寿命等具有重要的意义。蓝宝石(Sapphire)是一种单晶α-Al2O3,由于其具有高熔点(2040℃),高硬度,良好的机械性能、热稳定性、电绝缘性、抗化学腐蚀及优异的光学特性等优点,成为了研制超高温环境下传感器的理想材料。利用蓝宝石材料进行高温压力传感器的研制对高温压力传感测试领域的发展具有重要的价值。本文从高温恶劣环境下压力参数的测试需求出发,立足于单晶蓝宝石材料,研制了两种适用于高温环境的蓝宝石压力传感器,无线无源蓝宝石高温压力传感器与全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器。针对传感器的结构设计及传感器制备中的关键技术进行了深入研究,主要研究内容包括:(1)蓝宝石高温压力传感器的结构与参数设计根据压力膜片敏感原理,结合不同的信号传输与提取方式,设计了一种LC谐振式的无线无源蓝宝石高温压力传感器和一种基于珐珀干涉结构的全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器。根据敏感膜片设计原则及不同的信号测试原理,对两种传感器的整体结构参数进行了理论设计与有限元仿真验证。(2)蓝宝石晶片键合关键技术研究开发了氧等离子体表面活化处理与高温退火相结合的蓝宝石晶片键合工艺,解决了蓝宝石高温压力传感器中气密腔制备的关键技术难题。分别针对蓝宝石直接键合技术和以非晶Al2O3薄膜作为中间层的蓝宝石间接键合技术进行了研究。首先分析验证了氧等离子体表面活化处理对蓝宝石预键合的影响,研究确定了最优的高温键合工艺条件,实现了直接键合与间接键合两种不同的蓝宝石键合结构。后续通过拉力实验及扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对两种蓝宝石键合结构的键合强度及界面质量进行了测试与对比分析,结果证明两种结构的键合界面均实现了原子级的结合,且键合强度超过了蓝宝石衬底的强度。通过结合等离子体活化处理接触角测试结果与键合界面的微观表征结果揭示了蓝宝石晶片键合的微观机理。最后通过气密性检漏实验、光学传输特性研究证明了键合界面的气密性、透光性能够满足传感器应用的需求。(3)蓝宝石高温压力传感器的工艺制备针对无线无源蓝宝石高温压力传感器,通过对蓝宝石刻蚀、蓝宝石减薄、直接键合等关键工艺的研究实现了蓝宝石密封压力腔的制备,利用丝网印刷工艺实现了电容极板、电感线圈与基底的金属化集成。针对全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器,通过对蓝宝石敏感膜片、蓝宝石刻蚀片、蓝宝石基座的三层结构直接键合工艺研究实现了全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器敏感头的制备。通过搭建高温-压力复合测试系统对制备的两种不同结构的蓝宝石压力传感器进行了高温环境下的性能测试。测试结果表明无线无源蓝宝石高温压力传感器能够实现600℃高温环境下20kPa600kPa范围内的压力测试,600℃下传感器的灵敏度达到10.37kHz/kPa。与其它LC型高温压力传感器相比,本文首次提出的基于直接键合技术的无线无源LC蓝宝石高温压力传感器制作工艺简单,尺寸紧凑,灵敏度较高,有效避免了压力腔的变形和坍塌。此外,高温测试结果表明全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器在25℃900℃温度范围内表现出良好的线性响应,900℃时传感器的灵敏度为3.035nm/kPa,达到了国内领先水平。本文所研制的两种蓝宝石高温压力传感器对高温环境下的压力测试具有突出的应用价值。

胡海霖[4](2019)在《硅微谐振式压力传感器设计与分析》文中研究说明硅微谐振式压力传感器是一种典型的在外界压力作用时通过检测谐振器固有频率的变化来实现压力测量的MEMS器件。器件的工作机理最终导致它比一般扩散硅压力传感器的性能都要优秀,并且工作过程对电漂移、电噪声等电路参数的抗干扰能力很强;此外,谐振式压力传感器为准数字输出,可以轻易的同计算机组件相配进而组成高性能的微型机、电测控系统。因此,硅微谐振式压力传感器可以很好的应用于对精度、稳定性等性能指标严格把关的航空航天、工业监控以及医疗等精密测量领域,在国内外军用及民用领域均有着非常高的市场需求。因此,本篇论文提出一种基于静电激励/压阻检测的硅微谐振式压力传感器,以面内动平衡的姿态进行振动,为了尽可能减小所设计传感器在工作时可能产生的谐振器高度变化,优化设计谐振器固定端结构,保证工作时谐振器振动系统与同振质量之间互不干扰,二者之间无能量耦合,从而大大增强传感器的稳定性。本文基于单端固支导梁理论的建模,推导谐振器工型梁的频率公式,进一步分析轴向应力与频率变化量的对应关系,对敏感薄膜的小变形、应力传递以及静电激励与压阻拾振这一过程进行理论分析与建模,并对谐振器的固有频率以及动力学特性进行分析,进而对传感器进行优化设计,最终确定传感器参数,根据对传感器数学模型的分析与建立,并利用MEMS有限元仿真软件对传感器在0-120kPa范围以及全范围过压1.5倍下进行模拟分析与仿真验证,初始频率为24.01kHz,传感器灵敏度可达18Hz/kPa。设计基于绝缘体上硅(SOI)的硅微谐振式压力传感器加工工艺,研究对比几种体微加工工艺,利用硅-硅键合技术实现压力传感器的真空封装,并利用纳米吸气剂与双墙室的封装盖帽结构设计来进一步提高封装寿命。最终通过TSV通孔技术将传感器与电路芯片进行三维混合集成封装及对器件进行了版图设计。

陈冠羽[5](2019)在《可阳极键合低温共烧陶瓷(LTCC)材料的研究》文中研究说明硅基微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)在消费电子、军事、航空航天等领域有着广泛的应用。低温共烧陶瓷(Low temperature co-fired ceramic,LTCC)技术可以实现电子器件的高密度集成,采用可阳极键合的LTCC基板封装硅基MEMS器件,可以实现器件的三维封装,大幅减小系统和整机的体积和重量,因此可阳极键合的LTCC材料直接影响着硅基MEMS器件的封装特性和综合性能。本论文针对硅基MEMS器件高密度封装的应用需求,设计并制备了Li-Al-B-Si-O(LABS)玻璃+β-Al2O3复相材料和Li-Na-Al-B-Si-O(LNABS)微晶玻璃系的可阳极键合LTCC材料,开展了LNABS微晶玻璃与硅基板在低键合温度和低键合电压下的阳极键合研究,阐述了LNABS微晶玻璃与硅基板的低温、低电压阳极键合机理,建立了LNABS微晶玻璃与硅基板的低温、低电压阳极键合理论模型。研究了铝浆和银浆两种电极浆料与可阳极键合LTCC材料的匹配共烧问题,实现了LNABS微晶玻璃的可阳极键合LTCC材料在硅基MEMS气压传感器中的封装应用,并开发了用于SnSe材料二维生长机理研究的硅基微反应器。本论文的主要研究内容和结果如下:1.LABS玻璃+β-Al2O3复相材料研究系统地研究了LABS玻璃的析晶机理和析晶动力学。XRD和SEM的研究结果表明,LABS玻璃为二维反应析晶机理,析出的晶相为β-锂辉石固溶体,析晶活化能为59.9 kJ/mol,Li+决定了LABS玻璃的析晶。LABS玻璃+β-Al2O3复相材料的烧结温度低于900oC。当β-Al2O3含量低于35%时,主晶相为β-锂霞石,当β-Al2O3含量高于35%时,复相材料的晶相为β-氧化铝,β-锂霞石和β-锂辉石固溶体。LABS玻璃+β-Al2O3复相材料的热膨胀系数随着β-Al2O3含量的增加而增加,当β-氧化铝为32%时,复相材料的热膨胀系数为3.15 ppm/oC(300oC),与硅的热膨胀系数接近。复相材料的离子电导率由β-锂霞石相决定。通过阿伦尼乌斯拟合发现复相材料Li+的离子活化能在0.87-0.90 eV之间。复相材料的离子电导率和离子活化能同时表明其存在混合碱金属效应。2.LNABS微晶玻璃材料研究设计并制备了烧结温度低于650oC的LNABS微晶玻璃系超低温共烧陶瓷(Ultra-low temperature co-fired ceramic,ULTCC)材料,其主晶相为β-锂辉石。LNABS玻璃的热膨胀系数随着Na2O含量的增加而增加。当Na2O含量为0.5%时,LNABS玻璃的热膨胀系数为3.27 ppm/oC(300oC),与硅的热膨胀系数接近。与已报道的可阳极键合材料相比,LNABS微晶玻璃和Si的热膨胀系数在60°C到300°C的温度范围内匹配度最好。宽频介电谱的研究表明温度场和电场都增加了材料的离子电导率。当温度高于120oC时,LNABS微晶玻璃的离子电导率(29)1?10-8 S/cm,Li+在玻璃相中以长程跃迁的形式贡献主要的离子电导。宽频介电谱的研究同时表明在相同温度下,随着偏压的增加,碱金属离子的活化能减小。3.LNABS系ULTCC基板-Si基板阳极键合实验研究有效降低了Si-ULTCC基板的键合温度和键合电压,最低键合温度150oC,最低键合电压为200 V。通过对阳极键合过程和键合界面研究,发现Si-ULTCC的低键合温度和低键合电压主要是由碱金属离子的低活化能造成的。ULTCC阳离子聚集区的能谱和二次离子质谱结果表明,碱金属阳离子主要聚集在玻璃相中,表明其主要通过玻璃相迁移。Si-ULTCC的阳极键合机理为:碱金属阳离子在温度场和电场的作用下,迁移至负极,留下非桥氧离子,形成区域电场。在区域电场的作用下,非桥氧离子迁移至硅基板中,与硅发生反应生成硅氧键,从而实现Si基板和ULTCC基板的阳极键合。4.LNABS系ULTCC材料在MEMS气压传感器及硅基微反应器的应用研究将LNABS系ULTCC材料用于硅基MEMS气压传感器的封装,实现了LNABS系微晶玻璃与硅基MEMS气压传感器的阳极键合封装。气压测试结果表明,采用LNABS封装的MEMS气压传感器的精度高,热学稳定性好,且拥有较宽的工作温度范围。根据限域空间沉积二维材料原理设计了微反应器。微反应器沉积的SnSe纳米薄片横向尺寸为30 nm-110 nm,厚度为10 nm–70 nm。

齐虹,丁文波,张松,张林超,田雷,吴佐飞[6](2019)在《圆片级叠层键合技术在SOI高温压力传感器中的应用》文中研究表明针对绝缘体上硅(SOI)异质异构结构特点,提出了两次对准和两次阳极键合工艺方法,实现了圆片级SOI高温压力传感器硅敏感芯片的叠层键合。采用玻璃—硅—玻璃三层结构的SOI压力芯片具有良好的密封性和键合强度。经测试结果表明:SOI高温压力传感器芯片键合界面均匀平整无缺陷,漏率低于5×10-9Pa·m3/s,键合强度大于3 MPa。对芯片进行无引线封装,在500℃下测试得出传感器总精度小于0. 5%FS。

王启俊[7](2016)在《一种MEMS数字压力传感器的设计》文中认为现今是一个信息爆炸的社会,社会的发展越来越依托于各种各样的信息,如何快捷、便利、准确的获得各种类型的信息是人们必须要面对的一个难题。压力作为一种被广泛使用的信息,其在社会的方方面面发挥着至关重要的作用。压力传感器作为一种获取压力信息的有效手段正受到各方越来越多的关注。随着时代的发展,压力传感器越来越呈现出微型化、智能化和系统化的趋势,而数字压力传感器的出现正好暗合了这种趋势。相对于传统的压力传感器,数字压力传感器在智能化和系统化方面具有得天独厚的优势。传统的压力传感器输出的是模拟信号,容易受到外界的干扰,且不能很好的与当今被广泛使用的微处理器相匹配,数字压力传感器则没有相关限制。随着MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)技术的发展,数字压力传感器可以进一步减小体积,降低成本并保证可靠性。另一方面,数字压力传感器可以通过其自身集成的数据处理芯片完成相关误差的自校准,并通过通信接口与其它传感器组成传感器网络。本文基于实验室自主开发的MEMS硅压阻压力传感器与ZMDI公司的数据处理芯片ZSSC3036设计一款数字压力传感器,该数字压力传感器可以实现对温度漂移、零点漂移、线性度和回滞等误差的自校准。本论文工作主要有以下几个方面:1. 本论文总结出了一套关于传感器测试的相关方法。对MEMS传感器进行性能测试,验证所用MEMS传感器具有良好的线性度、回滞特性和重复性等特性。2. 对传感器和处理电路进行联调。MEMS压力传感器输出的模拟差分信号经过放大、偏置、模数转换等步骤转换为数字信号,再经过DSP校准,通过通信接口输出校准后的数字信号。3. 对芯片封装进行研究。同时,对整个芯片系统采用多芯片封装,从而得到一颗集成化的数字压力传感器芯片。4. 最后,对数字压力传感器进行标定及校准,性能测试,得到相关的性能指标,并对性能指标进行分析。测试结果表明相关性能达到了设计指标,压力传感器的精度为4%60达到了设计指标。本论文的结尾部分,针对数字压力传感器提出了一系列的改进意见。本文所设计的数字压力传感器的输出是校准后的气压值,采用集成封装,不需要额外的信号处理电路,十分适用于海拔计、气压计和探空仪等相关应用。后期优化过程中,进一步减少封装体积之后,同样可以适用于一些小体积的应用场合。综上所述,本文所设计的数字压力传感器表现出了一定的理论价值与实用价值。

王伟[8](2014)在《SOI高温压力传感器设计及制备技术研究》文中研究表明在高温恶劣环境下,气体压力参数的敏感测试由于敏感头的机械结构功能退化、连接引线高温失效等问题,是无法进行实时动态测量的。因此,要对压力传感器进行高温设计,从敏感头材料到连接线材料,及至封装管壳的选取,都要使用在高温下性能仍然稳定的材料,而且要从整个传感器设计上,采用耐高温的设计,以确保压力传感器能够在高温下稳定正常工作。本文采用SOI材料作用敏感头材料,使敏感头在高温下避免了本征半导体被激发,而导致的PN结反向导通的问题;采用MEMS工艺加工的方法,确保了SOI压力传感器敏感头机械性能的稳定和机械结构的可靠性;以耐高温金属材料作为金属引线材料,使压力传感器在封装上能够耐得住高温恶劣环境的影响;使用与传感器热膨胀系数似的陶瓷管壳作为封装管壳,降低了压力传感器在高温下热应力,提高了压力传感器在高温恶劣环境下稳定性与灵敏度。根据上述高温压力传感器的设计思路,在高温压力传感器的设计过程中,采用理论与仿真并行的方法,将传感器按结构进行分部分研究,得到了传感器的各个部分适合高温恶劣环境下工作的设计方案。经过MEMS工艺制备和封装,得到高温压力传感器的样机,根据测试结果,得到了本文提出的SOI高温压力传感器的性能参数和最高稳定工作温度点,为后续制作耐更高温度的压力传感器提供了理论和参考依据。

张子鹤[9](2012)在《压力传感器的设计与封装技术研究》文中指出现代科学技术的飞速发展,使得各类传感器的应用变得十分广泛。压力传感器作为其中最具代表性的一类,为我们的日常生活和生产提供了极大的帮助。压阻式传感器以硅为原材料,结合MEMS技术及集成电路制造工艺,利用光刻、掩膜、腐蚀、离子注入等方式制成弹性薄膜及压敏电阻,并附以外围补偿及输出电路,以达到测量各类压力的目的。目前压阻式压力传感器拥有微型化、集成化、多功能化及智能化的特点,在水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道、医疗等多个领域中都有非常广阔的应用空间。本论文以压阻式压力传感器为研究对象,在分析传感器理论及原理的基础上,对传感器芯片的关键性参数及其封装进行了创新性及探索性的研究。论文包括器件结构设计与封装实验在内的压力传感器一体化设计研究,在国内尚处于起步阶段。本论文的主要内容及所做工作包括:1)简述了硅材料的压阻效应及压阻系数,分析了传感器原理与电路结构,讨论了其温度补偿和灵敏度问题;2)介绍了硅-玻静电键合对压力传感器封装的作用,简述了静电键合相关理论,并分析了传感器芯片封装对其性能的影响;3)借助ANSYS有限元软件对传感器弹性薄膜的应力的仿真,设计了压阻式压力传感器的尺寸及厚度,电阻摆放位置,设计了电阻的阻值及形状。估算了芯片的相关性能;设计了灵敏度温度漂移的补偿电路。4)使用ANSYS有限元软件,分析了几种材料与硅片键合的应力问题,选取硼磷硅玻璃为最佳键合材料,通过理论分析设定了实验参数范围;5)自行搭建实验平台并完成了压力传感器封装的静电键合,调试出最佳实验参数并分析键合结果,验证了静电键合的可行性。

朱福龙[10](2007)在《基于工艺力学的MEMS封装若干基础问题研究》文中研究指明MEMS(微机电系统)技术是目前的一个新兴技术领域,具有重大的应用前景,它广泛运用于汽车、电子、通信、航空航天等领域。封装是MEMS技术走向产业化实用化的关键技术之一,封装占整个MEMS器件成本的50~90%,随着MEMS技术的发展,封装已成为阻碍MEMS商业化的主要技术瓶颈。MEMS器件可靠性很大程度上取决于封装,MEMS封装可靠性需要有封装材料、工艺及结构的工艺力学方面深入的了解与认识。本文从MEMS封装工艺力学的角度来研究MEMS封装中材料、关键工艺及器件封装中的若干基础问题,研究的内容及成果如下:将工艺力学引入MEMS封装中,提出MEMS封装工艺力学的概念,系统阐述了封装中基于工艺力学的材料行为、热机特性及封装工艺力学的研究分析方法,提出了基于MEMS封装工艺力学来分析MEMS封装可靠性问题。针对微电子/MEMS封装中互连材料无铅化的趋势,选择具有实际应用潜力的三种无铅互连材料(Sn96.5Ag3.5,Sn96.5Ag3Cu0.5,Sn99.3Cu0.7(Ni)),研究分析了它们的温度特性、应变率特性和蠕变特性,为三种无铅互连材料应用于MEMS封装提供了可靠的工艺力学特性数据,与典型含铅焊料比较分析表明三种焊料力学特性方面具有优越性;分析了多次回流对无铅互连材料(Sn96.5Ag3Cu0.5)工艺力学行为和微观组织的影响,为封装中焊点回流可靠性分析提供相关依据;发现界面IMC明显增厚并出现IMC剥离现象是导致多次回流后焊点剪切强度下降原因。应用工艺力学的原理与方法,以MEMS封装中贴片与键合两种典型工艺为对象,研究分析贴片工艺中的孔洞缺陷及贴片工艺材料特性对封装可靠性的影响;通过实验手段获得材料特性对贴片可靠性的影响,提出基于贴片材料工艺力学特性的粘胶贴片材料选择原则;开展了真空下的静电键合与金-硅键合工艺研究,实现了真空下的静电键合与金硅键合工艺;利用贴片工艺材料的选择原则选择压力传感器的贴片材料;通过工艺力学仿真分析,优化实现了压力传感器封装中玻璃堆叠层键合,解决了压力传感器的温漂、滞回等问题。实现了MEMS微陀螺仪的真空封装工艺并优化了工艺参数;分析了MEMS微陀螺仪封装中影响气密性的因素;通过管壳、焊料、盖板及贴片后器件进行烘烤脱附吸附气体,提高MEMS微陀螺仪的气密保持性;通过MEMS微陀螺真空回流封帽过程的工艺仿真分析,优化回流焊工艺参数且成功实现了MEMS微陀螺仪的真空封帽,焊接界面致密性好,提高了微陀螺的可靠性。应用工艺力学原理和有限元方法分析了不同贴片材料、贴片层厚度对器件灵敏度及可靠性影响;建立了耐高温压力传感器的AuSn共晶焊料贴片工艺,实现了高温压力传感器贴片工艺的一致性,解决了耐高温压力传感器的精度低迟滞大问题,为耐高温压力传感器的批量生产提供了工艺保证。

二、半导体高温压力传感器的静电键合技术(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、半导体高温压力传感器的静电键合技术(论文提纲范文)

(1)碳化硅光纤法珀高温压力传感器的设计与制备(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要研究内容
2 碳化硅光纤法珀高温压力传感器的理论与设计
    2.1 碳化硅材料性能简介
    2.2 传感器工作原理
        2.2.1 压力敏感原理
        2.2.2 光纤法珀干涉原理
        2.2.3 基于斐索干涉仪的信号解调原理
    2.3 碳化硅光纤法珀传感器结构设计与仿真
        2.3.1 传感器整体结构设计
        2.3.2 传感器敏感结构尺寸设计
        2.3.3 传感器敏感结构模型仿真
    2.4 本章小结
3 碳化硅光纤法珀高温压力传感器的工艺设计与制备
    3.1 工艺流程设计
    3.2 加工版图设计
    3.3 压力敏感芯片的制备
    3.4 本章小结
4 碳化硅光纤法珀高温压力传感器关键工艺研究
    4.1 碳化硅刻蚀工艺
    4.2 碳化硅CMP减薄工艺
    4.3 紫外激光工艺
        4.3.1 激光密度对刻蚀效果影响
        4.3.2 重复频率对刻蚀效果影响
        4.3.3 扫描速度对刻蚀效果影响
        4.3.4 扫描次数对刻蚀效果影响
    4.4 直接键合工艺
        4.4.1 表面处理和预键合
        4.4.2 热压键合
    4.5 本章小结
5 碳化硅光纤法珀高温压力传感器的封装与测试
    5.1 封装设计
    5.2 工艺质量测试
        5.2.1 气密性测试
        5.2.2 键合强度测试
    5.3 传感器性能测试
        5.3.1 常温压力敏感性能测试
        5.3.2 高温压力敏感性能测试
    5.4 本章小结
6 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(2)一种H型梁谐振式MEMS压力传感器(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 MEMS技术的简介与应用
        1.1.1 MEMS技术简介
        1.1.2 MEMS技术的应用
    1.2 压力传感器
        1.2.1 电容式压力传感器
        1.2.2 压阻式压力传感器
        1.2.3 光纤式压力传感器
        1.2.4 谐振式压力传感器
        1.2.5 一些新型压力传感器
    1.3 MEMS压力传感器研究意义
    1.4 本论文主要内容与章节
第二章 传感器工作原理及基本理论分析
    2.1 总体设计方案
    2.2 激励方式
    2.3 谐振梁分析
        2.3.1 单端固支谐振梁理论分析
        2.3.2 双端固支谐振梁理论分析
        2.3.3 双端固支谐振梁固有频率分析
    2.4 压力敏感薄膜和硅岛分析
    2.5 本章小结
第三章 传感器结构设计与仿真分析
    3.1 传感器总体结构设计
    3.2 敏感结构设计
        3.2.1 H型双端固支谐振梁设计
        3.2.2 压力敏感薄膜与硅岛设计
    3.3 传感器仿真分析
    3.4 本章小结
第四章 压力传感器工艺设计
    4.1 MEMS制造工艺
        4.1.1 光刻工艺
        4.1.2 刻蚀工艺
        4.1.3 硅硅键合
        4.1.4 真空封装
        4.1.5 TSV通孔技术
    4.2 传感器制造工艺流程设计
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

(3)蓝宝石高温压力传感器关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容及安排
2 蓝宝石高温压力传感器的原理与设计
    2.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器工作原理与结构设计
        2.1.1 压力敏感原理
        2.1.2 无线无源LC传感器信号拾取原理
        2.1.3 无线无源蓝宝石高温压力传感器敏感膜片仿真分析
        2.1.4 无线无源蓝宝石高温压力传感器结构参数设计
    2.2 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器工作原理与结构设计
        2.2.1 光纤珐珀干涉原理
        2.2.2 基于斐索干涉仪的信号解调原理
        2.2.3 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器结构设计
    2.3 本章小结
3 蓝宝石晶片键合技术研究及其键合界面的测试分析
    3.1 蓝宝石晶片直接键合技术研究
        3.1.1 室温自发预键合理论模型
        3.1.2 蓝宝石直接键合实验
    3.2 蓝宝石晶片间接键合技术研究
        3.2.1 ALD生长氧化铝薄膜的表征与分析
        3.2.2 蓝宝石间接键合实验
    3.3 蓝宝石键合结构的界面微观测试与分析
        3.3.1 蓝宝石键合结构界面SEM观察分析
        3.3.2 蓝宝石键合结构界面TEM观察分析
        3.3.3 蓝宝石键合结构的键合强度对比及键合机理分析
    3.4 蓝宝石键合结构的气密性测试
    3.5 蓝宝石键合界面的光学传输特性分析
    3.6 本章小结
4 蓝宝石高温压力传感器工艺设计与制备
    4.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器制造工艺方案设计
    4.2 无线无源蓝宝石高温压力传感器工艺加工与制备
        4.2.1 蓝宝石刻蚀工艺
        4.2.2 蓝宝石减薄工艺
        4.2.3 紫外激光划片工艺
        4.2.4 蓝宝石直接键合工艺
        4.2.5 铂浆料丝网印刷工艺
    4.3 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器制造工艺方案设计
    4.4 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器工艺加工与制备
        4.4.1 蓝宝石刻蚀工艺
        4.4.2 蓝宝石基座激光加工工艺
        4.4.3 蓝宝石三层结构直接键合工艺
        4.4.4 光纤集成工艺
    4.5 本章小结
5 蓝宝石高温压力传感器的性能测试与分析
    5.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器的性能测试
        5.1.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器测试系统搭建
        5.1.2 无线无源蓝宝石高温压力传感器高温性能测试
    5.2 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器性能测试
        5.2.1 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器常温下密封性能测试
        5.2.2 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器高温性能测试
        5.2.3 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器的封装设计
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结及主要创新点
    6.2 工作展望
参考文献
攻读博士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(4)硅微谐振式压力传感器设计与分析(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 MEMS技术的概述
    1.2 压力传感器
        1.2.1 压阻式压力传感器
        1.2.2 电容式压力传感器
        1.2.3 谐振式式压力传感器
    1.3 硅微谐振式压力传感器国内外现状
    1.4 硅微谐振式压力传感器应用需求和研究意义
    1.5 本论文的主要内容和章节安排
第二章 硅微谐振式压力传感器理论分析
    2.1 硅微谐振式压力传感器总体方案
    2.2 工型谐振梁分析
        2.2.1 单端固支导梁理论计算
        2.2.2 工型谐振梁理论计算
    2.3 压力敏感膜片分析
    2.4 谐振器研究
        2.4.1 谐振器固有频率计算
        2.4.2 动力学分析
    2.5 静电驱动力分析与压阻效应
    2.6 本章小结
第三章 硅微谐振式压力传感器设计与仿真验证
    3.1 谐振器设计与仿真
        3.1.1 谐振器结构设计
        3.1.2 谐振器建模与仿真
    3.2 压力敏感膜与固定端设计
        3.2.1 固定端设计
        3.2.2 压力敏感膜片与硅岛设计
    3.3 整体建模与仿真
    3.4 本章小结
第四章 基于SOI硅微谐振式压力传感器工艺与版图
    4.1 简介
    4.2 传感器工艺制备流程
    4.3 版图设计
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士期间的学术活动及成果情况

(5)可阳极键合低温共烧陶瓷(LTCC)材料的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1. 阳极键合技术的发展现状
        1.1.1. 硅基MEMS技术简介
        1.1.2. 阳极键合封装基板的种类
    1.2. 低温共烧陶瓷技术
    1.3. 可阳极键合低温共烧陶瓷材料的研究进展
        1.3.1. 可阳极键合低温共烧陶瓷材料的概述
        1.3.2. Si-LTCC阳极键合的影响因素
        1.3.3. 可阳极键合低温共烧陶瓷基板在半导体器件中的应用
    1.4. 阳极键合原理研究进展
        1.4.1. 键合过程的研究
        1.4.2. 键合界面的研究
    1.5. 本论文选题依据与研究内容
第2章 材料的制备与表征
    2.1. 样品制备
        2.2.1. 实验主要原料
        2.2.2. 材料制备过程
    2.2. 材料表征与测试
        2.2.1. 玻璃粉体的差热分析
        2.2.2. 体积密度测试
        2.2.3. 物相组成分析
        2.2.4. 材料的微观形貌和微观结构分析
        2.2.5. 材料的微区元素组成分析
        2.2.6. 材料的表面形貌分析
        2.2.7. 材料的热膨胀分析
        2.2.8. 材料的介电性能分析
        2.2.9. 材料的电学性能分析
        2.2.10. 二次离子质谱分析
第3章 LABS玻璃+β-氧化铝基可阳极键合LTCC材料的研究
    3.1. 引言
    3.2. 实验
    3.3. 结果与讨论
        3.3.1. LABS微晶玻璃
        3.3.2. LABS玻璃+β-氧化铝基复相材料
    3.4. 本章小结
第4章 LNABS微晶玻璃可阳极键合LTCC材料的研究
    4.1. 引言
    4.2. 实验
    4.3. 结果与讨论
        4.3.1. LNABS微晶玻璃的低温烧结特性研究
        4.3.2. LNABS微晶玻璃的热学特性
        4.3.3. LNABS微晶玻璃的电学特性
        4.3.4. LNABS微晶玻璃的介电特性研究
    4.4. 本章小结
第5章 Si-LTCC阳极键合研究
    5.1. 引言
    5.2. 实验
        5.2.1. 样品制备
        5.2.2. 样品表征与测试
    5.3. 结果与讨论
        5.3.1. Si-LTCC阳极键合过程的研究
        5.3.2. Si-LTCC阳极键合界面的研究
        5.3.3. Si-LTCC阳极键合阳离子聚集区的研究
        5.3.4. Si-LTCC阳极键合机理模型
    5.4. 本章小结
第6章 可阳极键合LTCC材料的应用研究
    6.1. 引言
    6.2. 实验
        6.2.1. 样品制备
        6.2.2. 样品表征与测试
    6.3. 结果与讨论
        6.3.1. MEMS气体压力传感器
        6.3.1.1. LTCC基板的制备
        6.3.1.2. LTCC生瓷带与铝、银电极匹配共烧研究
        6.3.1.3. MEMS气体压力传感器的性能研究
        6.3.2. 硅基微反应器
        6.3.2.1. 硅基微反应器的制备
        6.3.2.2. 二维Sn Se纳米薄片的沉积
    6.4. 本章小结
第7章 全文总结与展望
    7.1. 全文总结
    7.2. 全文展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
攻读博士学位期间发表的学术论文与研究成果
攻读博士期间参加的国际学术会议

(6)圆片级叠层键合技术在SOI高温压力传感器中的应用(论文提纲范文)

0 引言
1 SOI器件中圆片级叠层键合技术的应用
    1.1 SOI压力敏感芯片结构
    1.2 SOI器件阳极键合
    1.3 工艺方法
2 性能测试
    2.1 键合强度测试
    2.2 气密性测试
    2.3 传感器性能测试
3 结论

(7)一种MEMS数字压力传感器的设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 压力传感器
        1.2.1 压力传感器的发展历程
        1.2.2 压力传感器简介
        1.2.3 压力传感器的研究现状和发展趋势
    1.3 课题的研究意义与主要内容
    1.4 设计指标
    1.5 论文组织结构
第二章 MEMS压力传感器的基本理论
    2.1 压阻效应
    2.2 压阻式压力传感器的工作原理
    2.3 压力传感器性能指标
    2.4 本章总结
第三章 数字压力传感器硬件设计
    3.1 数字压力传感器硬件架构
    3.2 ZSSC3036特性分析
        3.2.1 芯片简介
        3.2.2 芯片功能框图
        3.2.3 模拟前端模块特性分析
        3.2.4 数字模块特性分析
        3.2.5 功能模块特性分析
    3.3 本章小结
第四章 数字压力传感器封装研究
    4.1 MEMS封装简介
    4.2 贴片
        4.2.1 胶粘
        4.2.2 表面键合
    4.3 引线键合
    4.4 封帽
        4.4.1 封装材质
        4.4.2 封帽工艺技术
    4.5 数字压力传感器封装
    4.6 本章小结
第五章 数字压力传感器标定及校准
    5.1 测试方法及MEMS压力传感器性能
        5.1.1 测试方法
        5.1.2 MEMS压力传感器性能
    5.2 硬件
    5.3 软件
        5.3.1 软件主界面
        5.3.2 MTP界面
        5.3.3 校准页面
    5.4 标定校准过程
        5.4.1 设置参数计算
        5.4.2 标定校准步骤
    5.5 结果与分析
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介

(8)SOI高温压力传感器设计及制备技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 课题的主要研究内容
2 SOI 压阻式压力传感器的设计及仿真
    2.1 SOI 压阻式压力传感器及其工作原理
        2.1.1 压阻效应
        2.1.2 压阻系数与应力张量
        2.1.3 SOI 压力传感器
    2.2 弹性膜片设计
    2.3 压敏电阻设计及计算
        2.3.1 压敏电阻的理论计算
        2.3.2 掺杂浓度对压敏电阻的影响
        2.3.3 功率对压敏电阻的影响
    2.4 传感器总体设计及仿真
        2.4.1 传感器结构设计
        2.4.2 仿真
        2.4.3 仿真结果与理论计算结果的比较
    2.5 本章小结
3 传感器的高温设计
    3.1 弹性膜片
    3.2 金属引线
    3.3 压阻的高温设计
    3.4 本章小结
4 SOI 高温压力传感器关键工艺技术研究
    4.1 工艺流程设计
    4.2 关键工艺技术研究
        4.2.1 掺杂
        4.2.2 刻蚀技术
        4.2.3 欧姆接触
        4.2.4 阳极键合
    4.3 本章小结
5 高温压力传感器的封装与测试
    5.1 封装
    5.2 传感器测试
        5.2.1 传感器常温测试
        5.2.2 传感器高温测试
    5.3 本章小结
6 总结
参考文献
攻读硕士期间发表论文情况
致谢

(9)压力传感器的设计与封装技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.1 传感器与MEMS技术
        1.1.1 MEMS压力传感器
        1.1.2 MEMS器件的封装
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 压力传感器发展历史
        1.2.2 国内外研究情况
        1.2.3 压力传感器的封装概况
    1.3 论文研究内容与安排
第二章 压力传感器理论及有限元法简介
    2.1 压阻式压力传感器原理
        2.1.1 压阻效应与压阻系数
        2.1.2 压阻式压力传感器的电路结构
        2.1.3 传感器的温度补偿
    2.2 硅-玻静电键合
        2.2.1 静电键合原理
        2.2.2 静电键合强度
        2.2.3 硅-玻静电键合对压力传感器影响
    2.3 有限元方法简介
第三章 压力传感器芯片设计
    3.1 芯片的硅杯制造工艺
    3.2 薄膜尺寸与厚度
        3.2.1 方形膜片的变形理论
        3.2.2 方形膜片的尺寸与厚度设计
    3.3 电桥电阻设计
        3.3.1 电阻位置
        3.3.2 掺杂浓度和掺杂类型
        3.3.3 电阻的阻值
        3.3.4 电阻的宽度与长度
    3.4 芯片的结构和性能
    3.5 灵敏度温度漂移的补偿
第四章 压力传感器静电键合设计及实验
    4.1 压力传感器封装的有限元分析
        4.1.1 器件建模
        4.1.2 仿真分析
    4.2 硅-玻静电键合的参数设置
        4.2.1 键合的电流和电压
        4.2.2 键合的温度和压力
    4.3 硅-玻静电键合实验平台设计
        4.3.1 加热炉
        4.3.2 直流高压稳压电源
        4.3.3 静电键合装置
    4.4 键合实验的调试
    4.5 键合结果分析及参数优化
        4.5.1 直观观测分析
        4.5.2 扫描电镜(SEM)分析
第五章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 改进意见及展望
致谢
参考文献
在学期间的研究成果

(10)基于工艺力学的MEMS封装若干基础问题研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 MEMS 技术概论
    1.2 MEMS 封装技术
    1.3 课题的来源、目的、意义及论文结构
2 MEMS 封装工艺力学基础理论
    2.1 封装中应力应变特性及失效判据
    2.2 封装的热设计基础
    2.3 封装中的断裂失效评估
    2.4 封装工艺力学的研究方法
    2.5 本章小结
3 MEMS 封装材料的工艺力学行为研究
    3.1 封装中连接材料的工艺力学行为研究
    3.2 工艺条件对连接材料工艺力学行为的影响
    3.3 本章小结
4 MEMS 封装关键工艺及应用研究
    4.1 MEMS 器件贴片工艺
    4.2 MEMS 器件键合工艺
    4.3 MEMS 封装关键工艺的应用
    4.4 本章小结
5 典型MEMS 器件封装工艺设计与实现
    5.1 微陀螺仪的封装研究
    5.2 高温压力传感器的封装工艺研究
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 今后工作的建议与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文
附录2 专利与软件版权

四、半导体高温压力传感器的静电键合技术(论文参考文献)

  • [1]碳化硅光纤法珀高温压力传感器的设计与制备[D]. 张成印. 中北大学, 2021(09)
  • [2]一种H型梁谐振式MEMS压力传感器[D]. 黄崇勇. 合肥工业大学, 2021
  • [3]蓝宝石高温压力传感器关键技术研究[D]. 李旺旺. 中北大学, 2019
  • [4]硅微谐振式压力传感器设计与分析[D]. 胡海霖. 合肥工业大学, 2019(01)
  • [5]可阳极键合低温共烧陶瓷(LTCC)材料的研究[D]. 陈冠羽. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2019
  • [6]圆片级叠层键合技术在SOI高温压力传感器中的应用[J]. 齐虹,丁文波,张松,张林超,田雷,吴佐飞. 传感器与微系统, 2019(02)
  • [7]一种MEMS数字压力传感器的设计[D]. 王启俊. 东南大学, 2016(03)
  • [8]SOI高温压力传感器设计及制备技术研究[D]. 王伟. 中北大学, 2014(08)
  • [9]压力传感器的设计与封装技术研究[D]. 张子鹤. 电子科技大学, 2012(07)
  • [10]基于工艺力学的MEMS封装若干基础问题研究[D]. 朱福龙. 华中科技大学, 2007(05)

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半导体高温压力传感器的静电键合技术
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