目录
摘要 .................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................. II 目录 ................................................................................................................................. I V 第一章绪论 . (1)
§1.1 引言 (1)
§1.2 压阻式压力传感器 (3)
§1.2.1 压阻式压力传感器国内外发展现状 (3)
§1.2.2 压阻式压力传感器的封装 (5)
§1.3 本课题的研究内容和创新点 (8)
第二章压阻式压力传感器设计理论基础 (10)
§2.1压阻式压力传感器基本理论基础 (10)
§2.1.1 硅的压阻效应 (10)
§2.1.2 硅的压阻系数 (11)
§2.1.3 压阻式压力传感器的电路结构 (12)
§2.2 拓扑优化技术在结构优化上的应用 (13)
§2.2.1 拓扑优化简介 (13)
§2.2.2 拓扑优化技术在结构优化上的应用 (14)
§2.2.3 拓扑优化变密度法基本思想 (16)
§2.2.4 OptiStruct 拓扑优化方法简介 (17)
第三章压阻式压力传感器的结构优化设计 (19)
§3.1 压阻弹性薄膜及压阻的选取 (19)
§3.1.1 薄膜的变形理论 (19)
§3.1.2 薄膜的基本尺寸和厚度的选取 (20)
§3.1.3 灵敏度计算及电阻的设计 (21)
§3.2 压阻薄膜结构的拓扑优化设计 (24)
§3.2.1 应力约束最小体积优化 (25)
§3.2.2 最小柔度体积优化 (28)
§3.2.2 最大固有频率体积优化 (30)
§3.3 优化压阻薄膜结构分析 (31)
§3.3.1 压阻位置的布置 (32)
§3.3.2 优化压阻薄膜输出特性分析 (34)
§3.3.2 优化压阻薄膜一阶固有频率分析 (36)
§3.4 传感器芯片的生产工艺 (37)
§3.5 本章小结 (38)
第四章压阻式压力传感器的封装优化设计 (40)
§4.1 有限元模型的建立及其边界条件 (41)
§4.1.1 有限元模型的建立 (41)
§4.1.2 加载载荷并求解 (42)
§4.1.3 不同外封材料对芯片可靠性的影响 (44)
§4.2 单一因素变化对芯片可靠性的影响 (46)
§4.2.1 阻隔硅油厚度对芯片应力的影响 (46)
§4.2.2 键合玻璃厚度对芯片应力的影响 (47)
§4.2.3 基板厚度对芯片应力的影响 (48)
§4.2.3 粘结剂厚度对芯片应力的影响 (48)
§4.3 正交实验设计和分析 (49)
§4.3.1 正交实验表设计 (49)
§4.3.1 正交实验数据分析 (50)
§4.4 本章小结 (52)
第五章总结和展望 (54)
§5.1 总结 (54)
§5.2 展望 (55)
参考文献 (56)
致谢 (60)
作者在攻读硕士期间的主要研究成果 (61)
第一章绪论
第一章绪论
§1.1 引言
随着集成电路（IC）硅微加工技术的不断发展，一种新兴的MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技术出现在人们眼前。MEMS大部分的技术应用都涉及到了微传感器和微执行器，它是由集成电路技术发展出的微加工技术所形成的。微加工技术是电子器件多功能及小型化集成的推动力，它集合微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、外围接口、通信电路和电源等组件，是一种将集成电路技术由二维扩展成三维空间的微器件系统[1]。从上世纪60年代到现今，当第一个半导体晶体管的出现到如今各式各样的MEMS器件集成化，近50年来的研究，集成电路的微加工技术不断成熟起来[2]。如图1.1所示，当今我们所使用的各种便携式电子产品，平板电脑，电视游戏机，汽车电子，医疗器械，计算机和互联网应用等都依托于MEMS技术的不断提高。
图1.1 MEMS应用领域
对于MEMS器件来说，由于它是集成电路技术的衍生物，所以它拥有微电子系统的诸多优点，同时又结合了众多学科的特点和成果，它表现在以下几个方面[3]：
1)小型化，微型化；
2)由于硅良好的机械及电气性能，主要以硅为材料，更重要的是使用硅微机械加工技术，可以制作出微米、亚微米级的元件和结构，结合集成电路的生产工艺进行批量生产；
3)集成化：将若干种不同功能和执行方式的传感器集成，形成阵列。甚至可以