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系统级封装(SIP)是微电子机械系统(MEMS)器件封装的一个良好解决方案。对于具有可动结构的MEMS器件来说,芯片表面产生的应力与变形会对其性能和可靠性产生明显的影响,因此,研究MEMS器件系统级封装的设计方案,以及对封装效应进行测量就显得尤为重要了。本文的主要内容包括以下几个部分:
首先对MEMS和MEMS的封装技术进行了概述,详细介绍了MEMS系统级封装的技术分类,并对MEMS系统级封装的设计以及对封装效应的测量进行了综述。由于倒装芯片技术作为一种新兴的芯片和基板连接技术,非常适合实现圆片级封装与系统级封装,因此本文确定了以倒装芯片技术作为系统级封装技术的典型代表进行研究。
基于多层结构热失配理论,利用有限元方法分别建立了3×3,6×6,9×9面阵列凸点分布形式的MEMS系统级封装结构模型,分析了各个模型在温度载荷影响下,MEMS芯片有源面处于不同位置时的芯片表面应力分布和变形情况。
以倒装芯片为例介绍系统级封装结构的制备方法,并利用芯片样品进行封装实验验证；根据不同面阵列凸点分布形式MEMS系统级封装结构的应力释放情况,研究了焊料凸点软化效应造成的应力释放现象；推广得到了对于3×3面阵列凸点分布形式的MEMS系统级封装结构中,双端固支梁吸合电压随着芯片表面位置变化的一般规律。
对于具有可动部件的MEMS芯片,进行系统级封装所带来的残余应力影响更为明显和突出,因此,预先了解在封装过程中应力的变化,从而对封装结构和封装材料进行优化是非常必要的。本文详细地阐述并计算推导了硅压阻传感器测试应力的基本原理,提出了一种带隔离槽的新型硅压阻应力测试结构,并利用有限元分析软件ANSYS对该测试结构对于应力的隔离效果进行了模拟分析,完成了该应力测试结构的版图和工艺流程。
本文有关热致封装效应对MEMS系统级封装性能影响的分析,为应用系统级封装技术的MEMS器件设计提供了有益的指导,对于改善MEMS器件的性能具有积极意义；而新型的带隔离槽压阻应力测试结构的提出,则为MEMS系统级封装效应的测量提供了一条新的思路。