低漏率MEMS真空封装研究

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伴随着MEMS技术,特别是封装技术的发展,越来越多的MEMS器件需要真空封装来提升器件的性能。然而多年来,真空封装技术一直是一个技术难题。目前我国虽然进行了很多真空封装技术的研究,但仍然无法真正实现MEMS器件的低漏率真空封装。基于以上原因,本文开展了MEMS真空封装管壳和技术的工程化研究,实现了漏率低于5×10-10Pa·m3/s的真空封装结构。  本文对比分析并试验了现有的几种MEMS封装管壳和工艺,针对传统的封装管壳不能满足5×10-10Pa·m3/s漏率的问题,提出了一种先进的电子束焊接工艺(EBW)来实现低漏率MEMS真空封装。根据工艺要求以及管壳的设计经验,自行设计了一种金属管壳与玻璃绝缘子引线结合的管壳。针对管壳的各项指标参数进行了优化并对管壳进行了抗20000g机械冲击的Ansys模拟仿真,初步开发了一款面向电子束焊接的MEMS真空封装管壳。  根据电子束焊接的工作原理和特点,设计了一系列焊接工艺试验,形成了一套完整的MEMS真空管壳的焊接工艺步骤。并将该套焊接工艺应用到真空封装中,得到了焊接完好的真空封装MEMS管壳。  对管壳的气密性检测,从管壳漏气的来源、真空保持时间和检漏的原理方法等方面进行了探讨。经过2次氦质谱仪检漏,发现管壳的漏率不能够达到要求。带着这些问题,分析并质疑了现有国军标对检漏的要求,并提出了采用石英晶振来实时监测管壳内部真空度来间接获得管壳的漏率。通过与北京大学电子系合作,实现了FC135贴片晶振与MEMS管壳结合的测试形式。通过对晶振标定,数据测试,修改再测试等工作,最终得到了一款漏率为3.2×10-11Pa·m3/s的MEMS真空封装的管壳,达到了试验的目的。
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