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随着MEMS技术的发展,许多MEMS惯性器件、RF器件和光MEMS器件需要真空封装来实现与外界环境的隔离,真空环境还可以提高器件的性能。实现低成本、高性能、可批量生产的圆片级MEMS真空封装技术成为现阶段真空封装领域的一大挑战。由于器件在不同真空度表现出不同的性能,需要加工制作嵌入封装腔体的真空测量器件。
本文设计了一种新型MEMS皮拉尼计。基于常用的体硅工艺的MEMS器件,本文设计并加工了基于圆片键合技术的两种圆片级真空封装结构,一种是玻璃.硅.玻璃三层结构,另一种是玻璃.硅两层结构。通过比较不同结构的MEMS皮拉尼计,考虑影响性能的各个参数,本文设计出横向热传导模式、双热沉结构的MEMS皮拉尼计,器件由单晶硅材料加工而成,具有高深宽比结构。使用CFD-ACE+软件对所设计的器件性能进行了模拟,分析了各个几何参数对于器件性能的影响。采用提取热阻值的测量方法,得到热阻值与气压关系曲线。器件的测试范围达到2Pa-400Pa,平均灵敏度达到了212K/W/Pa。这种新型MEMS皮拉尼计工艺简单并且兼容性好、测量范围较大、灵敏度较高。本研究完成了玻璃.硅.玻璃三层键合封装样品的制备,并设计并加工了玻璃-硅两层键合封装样品。两种方法均是通过阳极键合形成最终的键合腔体。制作通孔引线的方法也都是在减薄后的玻璃衬底上使用HF湿法腐蚀形成通孔。最后通过溅射金属膜形成封装器件与外界的电学连接。为了保持封装腔体的真空度,在封盖键合前通过shadow mask工艺在封盖上溅射了一层Zr作为吸气剂。