基于两级应力隔离的MEMS加速度计封装设计

鞠莉娜，周 铭，黄艳辉，李 杰，凤 瑞

(华东光电集成器件研究所，苏州 215010)

0 引言

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)传感器因具有体积小、功耗低、易集成、可批量制造等优点而受到了广泛的关注和应用。然众所周知，MEMS传感器在封装等过程中，由于材料热膨胀系数不匹配而引入的热应力，对其性能和可靠性有着显著影响[1-3]，尤其是基于应力检测的压阻式MEMS传感器[4-5]和基于位移检测的电容式MEMS传感器[6]。

为减小封装应力对MEMS传感器的影响，基于应力释放和应力隔离的低应力设计通常被用于MEMS传感器的封装设计。文献[7]提出了一种横向应力释放的封装设计，敏感单元由横向伸出的悬梁结构支撑，悬梁结构具有完全自由的力学特性，封装应力通过悬梁被完全释放。文献[8]采用双面键合引线实现电互联并悬浮支撑MEMS芯片，从而使得封装应力最小化。文献[9-10]采用了应力缓冲层设计，在MEMS芯片和封装基板之间增设一层一定厚度特定材料的应力缓冲层，通常采用与MEMS芯片材料热膨胀系数相近的材料或低弹性模量材料，从纵向释放封装应力。文献[11]提出了一种基于新材料新结构的应力缓冲层设计，采用3D增材工艺制作出多层交叉的多孔应力释放基板，从而实现低应力高可靠性的封装设计。文献[12-14]提出了带有图形化的应力隔离层设计，在MEMS芯片和基板间设置应力隔离层，将隔离层底面图形化用于中心支撑的圆柱，从而降低与基板的粘接面积，实现低应力设计。可见，基于应力缓冲层的低应力封装设计被广泛使用，并且通过改进应力缓冲层的材料和结构可以进一步完善设计。……