DataType: 2

Title-题名: 电容式微加速度传感器封装应力及其稳定性研究

Author-作者:彭鹏;

Source-学位授予单位: 电子科技大学

Year-年: 2018

PubTime-发表时间: 2017-09-28

Keyword-关键词: 电容式微加速度计;封装应力;粘弹性;温度稳定性;长期稳定性

Summary-摘要: 封装技术是微加速度计的关键技术之一,封装效应引起的稳定性问题已经成为微加速度计向高精度应用领域迈进的最大障碍之一。为系统地研究封装效应与微加速度计稳定性的关系,本文以电容式微加速度计为对象,建立了包括硅芯片-玻璃-封装胶-基底的封装模型,利用有限元分析和实验验证,研究了器件经过温度变化、常温长期贮存、不同温度循环以及不同时期高温实验后输出的变化。基于封装材料特性与结构应力和变形之间的关系,阐明了封装影响微加速度计稳定性的根本物理机理。本文的主要研究工作如下:(1)基于微加速度计的结构特点和封装工艺特点,建立了包括硅芯片-玻璃-封装胶-基底的封装结构模型,结合器件工作原理确定了影响微加速度计稳定性的敏感结构关键变形。利用多层结构界面热应力应变理论,分析了影响关键变形的主要因素,包括封装材料参数和溢胶等。(2)针对封装胶材料粘弹性特性,制作了胶体标准试样,利用动态热机械分析仪(DMA)测试了不同温度下的松弛模量。根据时温等效原理,建立了应力松弛主曲线。分别利用Maxwell模型和Prony级数对封装胶的应力松弛特性进行了描述和表征,获得了其在常温下的应力松弛参数。(3)基于封装结构模型,研究了溢胶现象对微加速度计温度稳定性的影响。利用有限元方法仿真了不同溢胶情况下,加速度计模型的热变形。通过建立的变形极板电容解析公式,计算了溢胶对零位温漂的影响,并且与实验测试结果进行了对比分析。根据溢胶对敏感结构关键变形的影响,解释了溢胶影响零位温漂的原因。从改善封装胶材料的角度,提出了有效提高加速度计温度稳定性的措施。(4)基于封装胶材料的粘弹性特性,研究了微加速度计的长期稳定性问题。利用有限元方法分别仿真了加速度计经过常温长期贮存、温度循环以及不同时期高温实验的结构变形,根据结构变形计算了加速度计零位、灵敏度随时间的变化,并且用实验测试验证了仿真结果的正确性。根据封装胶粘弹性与结构应力状态和变形之间的联系,阐明了环境实验影响加速度计稳定性的机理。最后根据分析结果,提出了提高微加速度计长期稳定性的选胶原则。基于上述几项研究内容,本文的主要创新点在于:(1)评估了溢胶现象对微加速度计零位温漂的影响。溢胶现象普遍存在于封装完成的微加速度计中,而现有文献资料几乎未涉及对该现象及其对器件性能的影响研究。本文测量了加速度计中溢胶的尺寸,分析了模型中不同位置的溢胶对器件零位温度稳定性的影响大小和影响规律。(2)首次阐明了环境实验影响微加速度计...

Period-期: 09

PageCount-页数: 102

SrcDatabase-来源库: 博士

Teacher-导师: 彭倍

Degree-学位: 博士

Organ-大学: 电子科技大学

Link-链接: https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=ZO6hV6rGk-aprjGacnpkQ2gXAg-vvyTuaSQc9FiHOUL5NNeDVh0UzGJ2qVonWIONQoPEkmBqXEDavf9zu_DEQjFg-mYXWg1Rpnfs8LFNDmq6KkELr4Px1D54thViR_4YaVxA_7yMIe7SqfDyRylmq78HKNUUzCr-R8mwLVX9I9fDiR2DfhUpmA2vrWNJE_8L&uniplatform=NZKPT&language=CHS