许高斌,袁婷,关存贺,李明珠,冯建国

• 1:合肥工业大学微电子学院

摘要(Abstract)：

在真空封装的MEMS传感器中，真空腔内部材料的释气是引起微腔体真空度变化的关键因素，而封装中使用较为普遍的环氧粘结材料因其易吸水的特性成为材料释气的最主要来源。真空封装内部材料释放出水汽，造成内部真空度的变化，从而直接影响产品的质量，为了探究影响MEMS传感器微腔体真空度的变化因素，以环氧粘结材料为例，研究其在不同温度下的扩散释气特性，结合菲克扩散模型，建立了环氧粘结材料的释气速率随时间变化的理论模型。通过对实验数据进行仿真验证，利用MATLAB软件对实验数据进行拟合，对比模型的拟合结果与实验数据的计算结果，相对误差<5%。研究结果表明，115℃下建立的理论模型与真实的释气模型吻合度较高，当温度不变时，环氧粘结材料的释气速率随时间的变化不断减小；同时，随着温度的升高，释气速率随时间的变化呈指数衰减趋势。

关键词(KeyWords)： MEMS传感器;环氧粘结材料;菲克扩散模型;释气速率;封装可靠性

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家重点研发项目(2020YFB2008901);; 安徽省发改委研发创新项目(JZ2021AFKJ0050);; 安徽省工程技术研究中心项目(PA2022AKGY0012);; 中央高校基本科研业务费专项(JZ2021HGQA0254,JZ2021HGTA0147)

作者(Author): 许高斌,袁婷,关存贺,李明珠,冯建国

DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2023.0156

参考文献(References)：

• [1] Huang X,Dong X,Zhou B,et al.Long-term reliability evaluation of internal atmosphere on sealed packaged MEMS devices[C]//2022 23rd International Conference on Electronic Packaging Technology (ICEPT).NY,USA:IEEE,2022:1-5.
• [2] Sirota M,Lipavsky B,Nuttman D,et al.Laser induced chemical etching of quartz for MEMS sensors fabrication[C]//2023 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL).NY,USA:IEEE,2023:1-4.
• [3] Battes K,Day C,Hauer V.Outgassing behavior of different high-temperature resistant polymers[J].Journal of Vacuum Science & Technology A:Vacuum,Surfaces,and Films,2018,36(2):021602.
• [4] 董猛，成永军，郭美如，等.吸波材料在真空环境下的放气特性研究[C]//第二届计量测试与航天发展论坛论文集.北京：中国航天科技集团，2015:65-70.
• [5] 史文龙.密封气体含量对 T/R 组件性能的影响及控制[D].成都：电子科技大学，2021.
• [6] Kwon J S ,Jung H ,Yeo I S ,et al.Outgassing characteristics of a polycarbonate core material for vacuum insulation panels[J].Vacuum,2011,85(8):839-846.
• [7] 史亚刚.真空条件下低温绝热材料放气特性研究[D].兰州：兰州理工大学，2022.
• [8] 杜胜杰，徐立立，李焕，等.封装气密性对元器件可靠性的影响及控制[J].电子元器件与信息技术，2020,4(8):15-16.
• [9] Mukherjee M,Chakravorti S.Assessment of moisture diffusion distance in pressboard insulation within transformer using Fick′s law[C]//2014 Eighteenth National Power Systems Conference (NPSC).NY,USA:IEEE,2014:1-4.
• [10] Mukherjee S S,Panchal P,Agarwal J,et al.Quantitative measurement of outgassing and degassing rate for various materials used in cryogenic pumps[J].Materials Today:Proceedings,2018,5(9):20413-20418.
• [11] 石扬，解永强，武春晖，等.真空钎焊系统内材料出气对压升率的影响研究[J].真空，2021,58(2):42-47.
• [12] 武绍宽，李孟委，金丽，等.MEMS传感器Cu/Sn共晶键合工艺关键技术研究[J].电子元件与材料，2020,39(12):96-100.
• [13] 郑晨，王博，高云飞，等.加热烘烤对玻璃纤维纸放气特性的影响[J].低温工程，2020(5):54-59.
• [14] Yang Y,Zhou B,Dai X,et al.Analysis of factors affecting the outgassing rate of MEMS vacuum packaging materials[C]//2021 22nd International Conference on Electronic Packaging Technology (ICEPT).NY,USA:IEEE,2021:1-6.
• [15] 许高斌，李坤，王月媖，等.EAST真空室内磁场模型的建立与验证[J].核聚变与等离子体物理，2017,37(3):319-324.