第4章 传感器的先进加工技术.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 微电子学 在“半导体物理与器件”的基础上形成的一门涉及固体物理、器件和电子学三个领域的新学科 。 主要研究对象是：集成电路与芯片的设计和制造。 * 微流体力学 研究流体在微观领域的运动过程中，由于受到尺寸效应的影响而产生的变化。 微热学 研究微机电系统所用材料由于受尺寸效应影响，其导热率、材料密度和热容的变化情况。 微摩擦学 研究微米以下尺度的相对运动界面的摩擦、磨损、润滑性能和机理。 * 微机电传感器基础技术 设计技术 材料技术 加工技术 测量技术 集成与控制技术 * 微测量技术 是微机电传感器技术的重要组成部分。 为加工过程提供定性或定量评判，是保证加工质量、研究加工规律和提高加工水平的基础。 包括：材料特性检测、结构性能检测和综合性能检测。 通过对系统输入量和输出量的检测来实现。 对测试仪器的灵敏度、分辨力等要求更高 * 几种典型微机电传感器 力微传感器 工作原理—由于力的作用，能够引起物体的变形，因此只要能够测得变形量，就能够测到力。 在这种通过物体变形来测量力的系统中，一般由弹性元件来感受力的作用，产生弹性变形，再由敏感元件将这种变形转换成另一种信号输出。 电容式硅微加速度计，微陀螺，微型光学传感器 电容式硅微加速度计 加速度计由一个与两端固定的梁带动中央的质量块构成，质量块的位移由其上下金属电极的电容信号读出。 微陀螺 微机械振动陀螺：利用振动元件来测出角速度，振动陀螺的工作原理是基于哥氏效应，通过一定形式的装置产生并检测哥氏加速度。 微机械振动陀螺：利用振动元件来测出角速度。 微型光学传感器 2D开关结构的开关阵列 微机械光开关 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 体微机械加工技术与表面微加工技术区别示意图 * 表面腐蚀加工技术是在基片上形成空间以制造三维结构的加工技术。如将结构层放在一个平台上，再腐蚀掉这个平台而释放出空间，这层平台就称为牺牲层。 这些结构已成功地应用在微型谐振型传感器、加速度传感器、流量传感器和压电式传感器中。 * 4、键合技术 键合技术是在微机械加工过程中将分开的部件连接在一起的技术。键合可以通过聚合物粘接剂、熔化玻璃、固体电解质、熔化合金等方法实现，但这些方法都会在硅片中产生热应力，不利于器件应用。 目前采用的技术主要是静电键合技术和硅－硅直接键合技术两种。 * （1）静电键合 静电键合技术又叫阳极键合，主要用于硅与玻璃之间的封接，亦可将玻璃与金属、合金键合在一起，不用粘合剂，工艺简单，密封性好，强度可靠性高。静电键合机理是在强大的静电力作用下，将两个被键合的表面紧压在一起，在一定的温度下使硅与玻璃在界面处接近到分子级的距离而形成牢固永久性的分子键合，使两个表面牢固、均匀、密封的结合在一起。 特点是工艺简单，温度低，强度高，可靠性高，密封性好。 * 其典型的应用是玻璃与硅的封接。把表面经过抛光的硅和热膨胀系数相近的玻璃紧密接触，在400℃左右高温下，接上硅为正、玻璃为负的直流电压(500—1500v)，如图所示。因为玻璃上加有负的高压，在玻璃与硅平板间的空隙中产生一个强电场。导致硅／玻璃界面上的正离子离开表面进入玻璃中．在电场力作用下，使硅与玻璃在界面处接近到分子级的距离而形成牢固永久性的分子键台。两个表面形成牢固、均匀、密封的结合。 * 如果在硅片上溅射一层薄的玻璃膜．可以将两块硅片键合起来。图是两块硅片键合的情况，其中下面的硅片表面溅射有一层约4um厚的7740型硼硅玻璃，因为溅射的玻璃膜很薄，仅需加50v电压就能满足静电镀合的条件。 * 静电键合技术还能用于玻璃与硅集成电路芯片的封装。此时，需要在玻璃上刻蚀一个腔，键合时腔对准硅片上的电路部分，如图所示，为了防止电路因键合过程中所加高压影响而受损伤，常在微腔底部淀积金属层，把金属层接地可起到屏蔽高压的作用。 * （2）硅-硅键合 利用静电键合技术可以将硅与玻璃、铝等材料封接在一起，可用于传感器和集成电路的封装，但是这种方法因所用材料的热膨胀系数不同，当温度降至室温时，键合面将产生应力，影响传感器和集成电路的性能。 利用硅-硅键合技术可将两个硅片直接键合在一起，实现硅一体化封装。比静电键合优越。 工艺有三个步骤：对硅片表面进行化学处理，预键合使两个硅片表面接触，升高温度进行键合。 * 键合后，两个原子单层的键合可以具有与其未键合时相同的电学性能和力学性能。 * 表面处理是表面活化和表面光洁处理。预键合是为了使表面紧密接触，两个硅片表面的离子间形成连接。再将硅片在一定的压强下进行温度处理，达到永久的分子键合，形成牢固连结。 键合技术的关键是表面活化处理，表面光洁度和硅片平整度以