许多MEMS器材,像加速度计、机械共振器材等,都需求在真空环境下才干完结规划功用。但是查验封装腔体是否达到了所要求的真空程度一向一来都是个扎手的问题。密歇根大学Khalil Najafi教授研讨小组的研讨人员最近开宣布一种用微机械制造办法完结,能够在封装的封帽上完结皮拉尼真空丈量的计划。运用这种办法能够完结封装的氦气检漏测验,该效果已宣布在IEEE TransacTIons on Advanced Packaging杂志。
RF、 MEMS器材的功能首要取决于机械振动腔结构的功能。假如腔室中存在空气或其他气体则会影响该器材可动部分的运动,使得该部分的运动变得难以预测。
另一种或许呈现的状况是吸附的空气或湿气会与封装结构效果,从而改动结构的机械功能。在加速度器中校验过的质量块受到影响发生的误差或许不大,但对由质量块的重力效果发生曲折的悬臂结构来说,其变形程度所受的影响就很大了。因而在机械共振结构中,由质量散布发生一些改变将极大地影响该器材的RF功能。
一种丈量RF、 MEMS封装中漏气状况的办法是Q因子提取。运用这种办法首要依据器材的电学功能计算出共振结构的功能。当运用这种办法进行检漏测验发现漏气时,被测器材或许现已彻底损坏了。
氦气检漏测验是一项规范的测验办法,但对每个封装好的器材都进行一次检漏的话,查验的作业量很大很且本钱太高。所以当时可行而且本钱较低的办法是等候一段时间之后,有些MEMS器材功能现已开端退化,然后对其进行替换。在某些不能选用该种办法的场合,就需求一种低本钱可进行原位检测的压力监控设备了。
皮拉尼检测设备在毫托量级规模内十分有用。皮拉尼检测设备为一个带有引线(或电阻丝)和散热片的腔体。先在引线上通上电流,之后丈量其电阻。假如腔室内气压很低,则引线上发生的热量只需很少的一部分能经过气体的对流抵达散热片,这样会得到与引线上较高温度相关联的电阻值。假如腔室内的气压较高,因为气体的对流传热,引线上的温度相对较低,得到的是温度较低时的电阻值。
抱负状况下,皮拉尼检测能够在分子等级上操作。只需引线与散热片的间隔小于一个气体分子的平均自由程即可。这就给皮拉尼检测的运用规模设置了上限。下限是由对流传热的份额决议的:气体分子对流带走的热量有必要高于辐射带走的热量或高于支撑组织传导带走的热量。
该研讨小组开宣布了带有双散热片的两种监控办法。较早的是笔直规划,其电阻器与散热片的间隔是0.4祄,丈量的动态规模从20毫托到2托。稍后的水平规划气隙间隔是1祄,丈量的动态规模从50毫托到5托。这两种规划结构都是选用重掺杂p型(p++)硅加工完结,而且都与MEMS的封装兼容,功能也很好。
水平规划需求两块掩模板,而笔直工艺需求六块。
制造水平结构的测验设备首要在硅晶圆上掩盖掺杂硼(构成p++层),在掺杂区域完结电阻器和散热片的制造。这以后选用深反应离子刻蚀取得宽度为1祄的沟槽用以阻隔p++区域(见图)。在玻璃晶圆上腐蚀构成腔室,运用阳极键和将两个晶圆面对面键和在一同。经过选择性腐蚀溶掉未掺杂的硅晶圆,腐蚀剂一般选用二胺磷苯二酚(EDP)。
虽然这种溶解晶圆的工艺需求运用许多的硅资料,但整个工艺的本钱却并不高。假如晶圆上没有电路结构,硅自身的价格适当廉价,而且其他可替换的漏率检测办法本钱要高许多。
上述工艺还未将皮拉尼检测设备集成到封装中。因为其首要部件选用在MEMS中广泛运用的结构资料p++硅,因而向封装的集成难度不大。假如MEMS封装规划中包括有皮拉尼检测设备的,只需求在本来MEMS的规划地图上进行少数修正即可完结。
在上一年举行的IEEE MEMS年会上,该小组宣布了他们在皮拉尼检测设备上的研讨效果,这些作业首要是在传感器电阻中运用多晶硅制造不同的悬臂和梯形结构。据报道一些结构能够用于气压低于10毫托的状况。
该小组还宣布了密封此类器材的办法,该办法选用金——硅共晶工艺并集成了NanoGetter公司的吸气剂进行密封(NanoGetters公司是Integrated Sensing Systems的一个子公司)。现阶段这种集成传感器的办法好像超过了RF、 MEMS器材的要求。但是跟着其运用的添加,将需求这种办法能够在一个器材功能退化之前就发现而且完结替换。