粘接胶粘弹性对加速度计热应力的影响研究

丁 姝， 黄丽斌

(东南大学 仪器科学与工程学院，江苏 南京 210096)

0 引 言

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)器件需要为其封装提供一个相对高真空的环境以降低机械噪声的干扰，固定芯片以保证在振动冲击下芯片的可靠性，但不同材料组成的多层封装结构带来的封装效应，即由封装结构失配引入的结构变形和应力，对器件性能也会产生影响[1]。硅微谐振式加速度计是通过谐振器将惯性力测量转换为频率测量的传感器，其核心结构是一个对力敏感的双端固定音叉谐振器，受封装效应影响会导致零位温漂、标度因数温漂以及零偏稳定性的降低。在复杂封装效应中，贴片环节引起的结构热失配是封装效应的主要成因[2]。由于不同材料之间参数不匹配，胶高温固化恢复到室温之后，胶层接触面产生残余热应力；另外在加速度计使用过程中不同材料的接触面也会因温度变化而产生热应力。这些热应力与温度相关[3,4]，通过硅结构锚区传递到芯片的敏感结构中，对加速度计输出稳定性产生不利影响。

目前针对粘接胶对封装应力的研究主要分为两类：一是基于粘接胶的角度，研究胶的材料参数、形状尺寸、粘接方式等对封装应力的影响[5,6]；二是基于应力隔离的角度，研究能够减小敏感结构应力与变形的隔离结构[7,8]。大多数研究中，仅将胶视为一个完全弹性材料或一个弹性模量随温度变化的材料，而不考虑粘接胶的粘弹性，即不考虑应力松弛与蠕变。

在硅微谐振式加速度计的样机研制过程中发现，加速度计谐振频率与温度循环次数呈现一定相关性，温度循环前后，单侧谐振器输出发生改变。……