用于器件级真空封装的MEMS加速度传感器的设计与制作.pdfVIP

2012年 第31卷 第 12期 传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies) 107 用于器件级真空封装的MEMS加速度传感器的设计与制作 蔡梅妮 ，林友玲 ，车录锋 ，苏荣涛 ，周晓峰 ，黎晓林 (1．中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 传感技术国家重点实验室， 上海 200050；2．中国科学院 研究生院，北京 100049) 摘 要：设计了一种可用于器件级真空封装的三明治电容式MEMS加速度传感器。该传感器被设计为四 层硅结构 ，其中上下两层为固定电极，中间两层为硅一硅直接键合的双面梁一质量块结构的可动电极。利用 自停止腐蚀工艺在中间质量块键合层上腐蚀出2个深入腔内的V型抽气槽，使得MEMS器件在后续的封 装中能够实现内部真空。为防止V型抽气槽在划片中被水或硅渣堵塞，采用双面划片工艺。划片后，器 件的总尺寸为6．8mmx5．6mm×1．72mm，其中，敏感质量块尺寸为3．2mm×3．2mm×0．86mm，检测电 容间隙2．1m。对器件级真空封装后的MEMS加速度传感器进行了初步测试，结果表明：制作的传感器 的谐振频率为861Hz，品质因数Q为76，灵敏度为 1．53V／g，C-V特性正常，氦气细漏l×10一atm—c ／s， 粗漏无气泡。 关键词：三明治电容式 MEMS加速度传感器；自停止腐蚀 ；品质因数；器件级真空封装；双面划片 中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2012)12-0107-04 DesignandfabricationofMEM Saccelerationsensorf0r device—levelvacuum packaging CAIMei．ni，。 LIN You．1ing ，CHE Lu．feng ，SU Rong—tao，，ZHOU Xiao-feng，LIXiao—lin ， (1．StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，ShanghaiInstituteofMicrosystem and InformationTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China； 2．GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China) Abstract：A sandwichtypeofcapacitiveMEMSaccelerationsensorusedfordevice—levelvacuum packagingis designed．Thesensorismadeoffour—layersiliconwafersbondedtogetherwhilethetopandbottom wafersarethe fixedelectrodesandthecantilever—massstructureismadeonthemiddletwowafers．Twogroovesareetchedinthe middlemassblockbondinglayerbyself-stoppedetchingprocessandusedtoremoveairfrom cavitywithinthe acceleration sensor，creating vacuum environmentin subsequentpackaging．A double—sided dicing processis developedtoprotectV—shapedgroovesfrom waterorsiliconscrap．Thetotalsizeofthesensoris6．8mm x5．6mm × 1．72mm andthesiz