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。