Технология сборки и монтажа микроэлектромеханической системы датчика давления - Дипломная работа

В настоящей работе описаны датчики на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС), позволяющие измерять абсолютное, дифференциальное и манометрическое давление. Показаны основные факторы, определяющие требования к технологии сборки и монтажа микромеханических устройств и систем.3.2.2 Характеристика шума на рабочем месте 3.2.4 Характеристика параметров освещенности на рабочем месте4.1.2 Расчет норм времени на операции технологического процесса и определение количества основного производственного оборудованияДатчики давления бывают трех типов, позволяющих измерять абсолютное, дифференциальное и манометрическое давление [3]. Абсолютное давление, например, барометрическое, измеряется датчиком абсолютного давления. Давление измеряется относительно вакуума. Дифференциальное давление, например, перепад давления в дифференциальных расходомерах, измеряется дифференциальным датчиком давления (рис. Измеряют давление, избыточное по отношению к атмосферному, манометром [3].Многие микроэлектромеханические приборы содержат подвижные чувствительные элементы, на работу которых оказывает влияние газовое демпфирование, - это акселерометры, гироскопы, переключатели и др. Вакуумная герметизация таких приборов способствует увеличению их чувствительности и стабильности параметров.Развитие технологий вакуумной герметизации вместе с последовательным уменьшением размеров микроприборов идет в направлении от индивидуального корпусирования к интегральным технологиям [5]. При индивидуальном корпусировании пластина с микромеханическими элементами разделяется на кристаллы, которые затем помещаются в отдельные корпуса и герметизируются (рис.Интегральные технологии герметизации с использованием традиционных материалов объемной микрообработки (кремния, стекла и т.д.) можно условно разделить на технологии пластина-на-пластине и чип-на-пластине. В обоих случаях для корпусирования могут использоваться процессы анодного, эвтектического соединения и соединения через промежуточный слой [5]. Основные этапы технологии вакуумной герметизации МЭМС пластина-на-пластине показаны на рис. На пластине, играющей роль крышки, формируются углубления.Соединение деталей МЭМС при изготовлении этих устройств, например крепление микромеханического и электронного узлов МЭМС к основанию корпуса, требует тщательной подготовки и является самостоятельной задачей, решаемой при изготовлении различных МЭМС.При нагреве и воздействии сильного электрического поля постоянного напряжения в стекле происходит миграция щелочных ионов [7]. Наиболее интенсивно поляризационные процессы протекают в стеклах с максимальным содержанием оксида натрия (рис. Неоднородность поверхности кремния и стекла, а также воздействия электрического поля предопределяют протекание трех реакций: (1) К другим факторам, способствующим получению сварных соединений кремния со стеклом относят электрическое напряжение, температуру и время. В случае сварки стекла с кремнием, имеет место два диэлектрика: газообразный (воздух) и твердый (стекло).Проведено исследование возможности сборки чипов микроэлектромеханических устройств с использованием метода эвтектической пайки. Применение пайки позволяет в одном технологическом процессе собрать трехслойную конструкцию: роторный узел-прокладка-статорная пластина (например, типа кремний-кремний-стекло) и одновременно обеспечить хороший электрический контакт между роторным узлом и статорной пластиной. Для проведения процесса эвтектической пайки разработана конструкция чипов с дополнительным слоем металлизации технологического назначения (рис.Этот метод практически исключает изменения свойств металлов в местах соединения, происходящих при расплавлении, и отрицательное воздействие внешней среды на физическое состояние соединяемых поверхностей. Кроме того, он позволяет соединять большинство материалов, и в том числе ранее несоединяемых металлов и сплавов; обеспечивает высокую надежность соединения, прежде всего статическую и динамическую прочность, термостойкость, вакуумную плотность (без следов окисления и загрязнения в местах соединения деталей), а также высокие упругие свойства. Только при полном отсутствии на поверхности металла чужеродных атомов поверхность можно считать ювенильной или физически чистой. Такую поверхность можно получить, например, путем скола кристалла или нагрева определенной грани кристалла в высоком вакууме (не ниже 1*мм. рт. ст.). Характерно, что удаление газов и их соединений происходит не только с поверхности.В ряде разрабатываемых конструкций МЭМС кремниевый чувствительный элемент устанавливается на стеклянной плате. Полученное изделие, представляющее собой кремниевый чувствительный элемент, установленный на стеклянной плате, будем называть чипом. Метод эвтектической пайки, который широко используется в технологии посадки чипов ИС в корпус, требует доработки.

Содержание

Введение

Глава 1. Технология сборки и монтажа МЭМС датчика давления

1.1 Датчики на основе МЭМС

1.2 Технологии вакуумной герметизации МЭМС

1.2.1 Требования к герметичности МЭМС и вакуумная герметизация

1.2.2 Технологии вакуумной герметизации

1.2.3 Интегральные технологии герметизации

1.3 Методы сборки деталей МЭМС

1.3.1 Сварка кремния со стеклом в электрическом поле

1.3.2 Соединение деталей методом эвтектической пайки

1.3.3 Диффузионная сварка

1.4 Методы монтажа деталей МЭМС

Выводы

Глава 2. Разработка технологического маршрута проведения сборки и монтажа МЭМС датчика давления

2.1 Маршрут проведения диффузионной сварки

2.1.1 Подготовка поверхности пластин к сварке

2.1.2 Установка пластин

2.1.3 Установка груза

2.1.3.1 Оценка силы сжатия «кристалл-пластина»

2.1.4 Откачка колпака форвакуумным и диффузионным насосами

2.1.5 Нагрев столика

2.1.6 Процесс проведения диффузионной сварки

2.1.7 Охлаждение пластин

2.1.8 Контроль качества сварки

2.1.9 Резка пластины на чипы

2.2 Маршрут проведения анодного сращивания

2.2.1 Подготовка поверхности пластин к сварке

2.2.2 Установка пластин

2.2.3 Установка прижимного контакта

2.2.4 Откачка колпака форвакуумным и диффузионным насосами

2.2.5 Нагрев столика и подача напряжения

2.2.6 Процесс проведения анодного сращивания

2.2.7 Охлаждение пластин

2.2.8 Контроль качества сварки

2.2.9 Резка пластин на кристаллы

2.3 Маршрут проведения монтажа датчика давления

2.3.1 Лужение соединительных выводов тензомодуля

2.3.2 Приклеивание кристалла

2.3.3 Ультразвуковая сварка

2.3.4 Промывка тензомодуля

2.3.5 Консервация заливкой

2.3.6 Вакуумирование геля

2.3.7 Полимеризация геля

2.3.8 Контроль внешнего вида и функционирование

2.3.9 Базирование тензомодуля в корпус

2.3.10 Заливка компаундом

2.3.11 Операция настройки. Контроль настройки

2.3.12 Герметизация датчика давления

2.3.13 Контроль ПСИ

Выводы

Глава 3. Охрана труда и защита окружающей среды

3.1 Охрана труда и защита окружающей среды

3.2 Обеспечение безопасности условий труда