用于MEMS器件低压封装的单金属丝压力测试技术

为实现MEMS微小腔体压强测量与监控,提出了基于单金属丝皮拉尼型低压测试方法。采用CFD-ACE+软件建立微型皮拉尼计有限体积模型,进行了仿真分析。基于四探针法原理,完成了不同尺寸和材料的金属丝压强测试和标定试验。测试结果表明:采用铂丝等单金属丝结构可以实现MEMS器件封装内部1-1000Pa压力检测。在测量范围内,金属丝直径越小,长度越长,加载电流越大,皮拉尼计灵敏度越高。     

滨江仪器厂提供真空计系列产品

型号名　称测量范围 / Pa 技术特点 外型尺寸mm× mmZDO- 1热偶真空计 2 0～ 0 .1指针电表读数 1 2 0× 2 4 0ZDO- 3数字式热偶计 1 0 5～ 0 .1数显、有两路自动控制 1 2 0× 2 80ZDR- 1宽量程真空计 1 0～ 1 0 -6数显、带自动控制及 0～ 1 0 m V输出 1 2 0× 32 0ZDR- 1 T 宽量程真空计 1 0～ 1 0 -6数显 ,带自控 ,带打印机 1 4 0× 440ZDR- 5中量程真空计 1 0 0～ 1 0 -4指针电表读数 1 2 0× 2 4 0ZDR- 3超高真空计 1 0 -1～ 1 0 -8指针电表读数 1 4 0× 440ZDR- 8F微机真空计 1 0 5～ 1 0 -5数显 ,有四路控制 1 2 0× 440ZD…     

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量.选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9 mm×7 mm×30μm.设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路.测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418％/℃,实验实现了0～36 m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295 mV/(m/s).同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应.所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域.     

具有500倍保护的单晶硅压力传感器

具有单晶硅薄膜的标准压阻硅压力传感器通常在不到满量程10倍的压力下损坏,通过采用在薄膜正下方加上停止面,我们制造了具有500倍过量程保护的传感器.这些传感器完全由单晶硅采用硅键合技术形成.在低的压力下,芯片灵敏度高达3mv/m/psi,设计成在10psi时输出100mv的传感器在过压力达5000psi时仍不损坏,从而器件500倍过量程而无损坏.     

基于MEMS加速度计的单轴数字倾角传感器

在分析MEMS加速度传感器测量倾角的原理和方法的基础上,设计了基于MEMS双轴加速度传感器的数字化全量程单轴倾角传感器,并介绍了其软硬件实现。通过分析加速度传感器的安装误差及X轴和Y轴的灵敏度差异,给出了加速度传感器的参数校正算法,并确定合适的测量频率与带宽,经测试,所设计的数字化单轴倾角传感器测量范围±180°,精度0.1°。     

基于MEMS加速度计的单轴数字倾角传感器北大核心CSCD

在分析MEMS加速度传感器测量倾角的原理和方法的基础上,设计了基于MEMS双轴加速度传感器的数字化全量程单轴倾角传感器,并介绍了其软硬件实现。通过分析加速度传感器的安装误差及X轴和Y轴的灵敏度差异,给出了加速度传感器的参数校正算法,并确定合适的测量频率与带宽,经测试,所设计的数字化单轴倾角传感器测量范围±180°,精度0.1°。     

MEMS低量程微加速度计的设计

在传统双边四梁微加速度计结构的基础上,设计了一种新型MEMS低量程微加速度计,量程为±10 g。用ANSYS有限元软件对加速度计的结构建立仿真模型,进行应力、模态及抗冲击能力分析。加速度计供电电压为5 V时,灵敏度理论值达到1.029 mV/g,与传统结构相比,极大地提高了低量程微加速度计的灵敏度。     

自加热非晶锗热电阻MEMS流速传感器的制造与测试

为扩大流速传感器的测量范围并降低功耗,制造并测试了一种基于自加热非晶锗薄膜热电阻的MEMS流速传感器,它是由嵌入氮化硅薄膜的四个非晶锗热敏电阻和一对环境测温补偿电阻组成。四个非晶锗热电阻同时作为自加热热源和测温元件,相互连接以形成惠斯通电桥。给出了MEMS工艺流程,微加工制造了尺寸为8.9 mm×5.6 mm×0.4 mm的流速传感器芯片。搭建了低流速和高流速气流通道实验装置,对传感器的惠斯通电桥施加50μA的恒定电流(CCA),实现了0～50 m/s范围内的流速测量。结果表明,传感器在低流速(0～2 m/s)时的灵敏度约为81.6 mV/(m/s),在高流速(2～50 m/s)时的灵敏度约为51.9 mV/(m/s),最大功耗仅约为1.03 mW。     

GaAs基高性能MEMS微波功率检测芯片

为了提高电容式MEMS微波功率检测芯片的性能,设计了一种GaAs基高性能MEMS微波功率传感芯片。通过建立双导固支梁电容模型,分析了传感芯片的传输特性、过载功率与灵敏度特性。在双导固支梁电容模型中提出了平行极板的两个等效条件;同时提出了一种新的梁宽等效方式,解决了双梁结构等效梁宽的失配问题,减小了模型的相对误差。双导固支梁电容模型很好地解释了导向梁的厚长比与初始高度对传感器过载功率和灵敏度的影响。测试结果表明,双导固支梁MEMS微波功率传感芯片在200 mW输入功率内的灵敏度为14.3 fF/W,而灵敏度的理论值为13.5 fF/W,两者的相对误差仅5.6%。因此,该理论模型对固支梁MEMS微波功率传感芯片的设计具有一定的借鉴意义。     

MEMS封装和微组装技术面临的挑战

１引言经过近１０年的发展，MEMS（微电机械系统）已从最初的实验探索阶段发展到具有广泛应用的可行技术。在商品消费市场上，MEMS封装和MEMS器件制造业已取得了重大的发展。在MEMS制造中，人们使用了硅基集成电路技术将具有机械特征的尺寸减至微电子尺寸。在同样一块芯片上将机械性能和电子电路结合起来提供了一系列制造新产品的方法，而这些是传统的制造和设计方法不能实现的。最初的MEMS是指以硅为基底的装置，但现在它不只限定于硅材料。MEMS器件已经超出了电子和机械的功能限制。今天，这些器件已具有机械、光学、液体、热功…     

A micromachined Pirani gauge with dual heat sinks

This paper reports a micromachined Pirani gauge with dual heat sinks that can be integrated with microelectromechanical systems (MEMS) devices inside a vacuum package to monitor long-term pressure changes and stability inside the package. The Pirani gauge utilizes small gaps (<1 /spl mu/m) between its heater and two thermal heat sinks to obtain large dynamic range (20 mtorr to 2 torr) and high sensitivity (3.5/spl times/10/sup 5/ (K/W)/torr). The gauge is 2/spl times/2 mm/sup 2/ in size, is fabricated using the dissolved wafer process (DWP) on a glass substrate, and utilizes dielectric bridges for signal routing. Measurements show the low end of the dynamic range can be extended by reducing the gap distance between the heater and thermal sinks, which matches well with analytical modeling. This gauge shows an uncertainty of 50 /spl mu/torr and a detectable leak rate of 3.1/spl times/10/sup -16/ cm/sup 3//s, assuming a common micropackage volume of 1.6/spl times/10/sup -5/ cm/sup 3/, which represents at least four orders of magnitude improvement over traditional leak testing.     

宽范围可调MEMS集成滤波器的设计与制作

基于MEMS平面螺旋电感和MEMS可调平行板电容设计并制作了一种宽可调范围的集成可调带通滤波器。理论分析并计算了可调滤波器电感和可调电容的取值范围,利用HFSS设计得到各元件结构参数,并使用AnsoftDesigner分析软件对可调滤波器电路进行了模拟仿真。设计得到的可调滤波器中心频率调节范围为400～700MHz,可调率达75%,实现了宽范围可调,3dB相对带宽范围为5%～10%,插入损耗小于5dB,芯片尺寸为20mm×6mm×0.4mm。给出了一套基于MEMS平面工艺的MEMS集成可调滤波器的制作流程,实现了MEMS集成可调滤波器的工艺制作及测试。测试结果表明,获得的可调滤波器实现了通带频率宽范围可调。     

用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计

给出了一种用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计,针对MEMS惯性器件大多采用电容量输出等特点,设计了一个低噪声运算放大器,利用该运放,设计了一种基于开关电容的电荷转移电路来将电容量转换为电压量,以便后续电路处理.采用了相关双采样(CDS)技术,较大地减少了电路和MEMS惯性器件的1/f噪声、热噪声,抑制了零漂.采用HHNEC 0.35 μmCMOS工艺制造,面积为1 mm×2 mm,与MEMS器件封装在一起,并进行了实际测试,结果表明,该读出电路基本满足要求,并具有较低的噪声.     

A Microminiature Solid-State Capacitive Blood Pressure Transducer with Improved Sensitivity

A microminiature pressure transducer is described utilizing a variable air capacitor driven by a pressure-sensitive deflectible silicon membrane as the detection mechanism. Silicon integrated circuit technology is used throughout for economical batch fabrication of the device. Prototype devices have been fabricated and initial test results under static pressure conditions are reported. Equivalent gauge factors of over 500 for this variable capacitance device are about a factor of 5-10 better than the best theoretically designed silicon strain gauges in the size range necessary for catheter insertion. Temperature independence and increased linearity are also important advantages of this variable capacitance sensor head.     

Characterization of n-type β-SiC as a piezoresistor

SiC is currently being investigated for device applications involving high temperatures. The properties of n-type β-SiC relevant to piezoresistive devices, namely the gauge factor (GF) and temperature coefficient of resistivity (TCR), are characterized for several doping levels. The maximum gauge factor observed was -31.8 for unintentionally doped (10¹⁶-10¹⁷/cm³) material. This gauge factor decreases with temperature to approximately half its room-temperature value at 450°C. Unintentionally doped SiC has a roughly constant TCR of 0.72%/°C over the range 25-800°C and exhibits full impurity ionization at room temperature. Degenerately doped gauges (N_d=10²⁰/cm³) exhibited a lower gauge factor (-12.7), with a more constant temperature behavior and a lower TCR (0.04%/°C). The mechanisms of the piezoresistive effect and TCR in n-SiC are discussed, as well as their application towards sensors     

复合型高深宽比沟槽标准样板

硅基MEMS器件中存在大量高深宽比结构,对这些结构进行线宽和深度的无损检测,是当前的热点问题。为了实现对这些高深宽比结构无损测量系统的准确校准,采用半导体工艺研制了一系列高深宽比沟槽标准样板,宽度范围2~30 μm、深度范围10~300 μm,其深宽比最大达到30∶1。为了满足样板的校准功能,设计了多种特征结构,包括辅助定值结构、测量定位结构和定位角结构等,还设计了样板量值的表征与考核方法。考核量值包括线宽尺寸、沟槽深度尺寸和均匀性。使用扫描电镜对标准样板进行了测试,结果表明该标准样板可以用于校准近红外宽光谱干涉显微测量系统。     

耐高温SOI结构压力敏感芯片的研制

如何制作与生产适宜高温环境下应用的压力传感器,一直备受关注。在SIMOX技术SOI晶圆的基础上,设计了压力敏感芯片结构,并基于MEMS工艺制作了芯片。电桥采用1mA恒流源供电,在300℃下,满量程输出≥180mV,灵敏度为30~40mV/(mA.MPa),非线性≤1‰FS,重复性≤1‰FS。与常温测试结果相比,300℃高温下,敏感芯片的静态性能没有明显差异。     

一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

Study of CMOS Process Variation by Multiplexing Analog Characteristics

Aggressive technology scaling raises the need for efficient methods to characterize and model circuit variation at both the front and back end of line, where critical parameters such as threshold voltage and parasitic capacitance must be carefully modeled for accurate circuit performance. In this paper we address this need by contributing a test circuit methodology for the extraction of spatial, layout and size dependent variations at both device and interconnect levels. The test chip uses a scan chain approach combined with low-leakage and low-variation switches, and Kelvin sensing connections, providing access to detailed analog device characteristics in large arrays of test devices. Variation measurement using the designed test chip has proven successful for both device and interconnect test structures. The parameter extraction and variation analyses made possible by the variation test chip enable the identification of likely variation sources, quantification of circuit impact and sensitivity, and specification of layout practices for variation minimization.