CN110702332B - 一种评价mems真空封装性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种评价MEMS真空封装性能的方法，包括以下步骤：S1、在真空探针台中对未封装时的MEMS产品测量在目标封装真空度P1下的Q值，记为Q11；S2、计算MEMS产品在目标气体泄漏速率下放置10年后真空腔室的真空度P2，测量在真空度P2下的Q值，记为Q21；S3、将MEMS产品真空封装，测量MEMS产品的Q值，记为Q12；S4、对比Q11与Q12，若Q12小于80%的Q11，则MEMS真空封装未达到目标真空度；S5、将真空封装的MEMS产品进行氩气加压实验，然后测量MEMS产品的Q值，记为Q22；S6、对比Q21与Q22，若Q22小于80%的Q21，则真空封装气体泄漏速率不合格。

Description

一种评价MEMS真空封装性能的方法
技术领域
本发明涉及MEMS真空封装技术领域，具体是一种评价MEMS真空封装性能的方法。
背景技术
微机电系统(Micro-Electro Mechanical systems，MEMS)是在微电子技术基础上发展而来，融合了光刻、刻蚀、成膜、硅微加工等技术制作的高科技电子机械产品，因其体积小、功耗低、集成度好等优势而成为近来的研究热点。对于大多数的MEMS产品而言，真空封装是确定其最终体积、保护内部结构、提供稳定工作环境的关键，是影响产品工作性能优劣的重要因素。
目前在评价MEMS真空封装性能方面，《一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼计》(公开号CN104931193A)的中国专利提出了通过制备微型皮拉尼计测量MEMS真空腔室内部真空度的方案，这种方案需要在同一衬底上制备两个皮拉尼计，额外增加了制备工艺，并且只能通过评价参考腔室的真空度间接判断实际真空腔室的真空度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种评价MEMS真空封装性能的方法，该方法能够对MEMS真空封装真空度、气体泄漏速率进行评价。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种评价MEMS真空封装性能的方法，包括以下步骤：
S1、在真空探针台中对未封装时的MEMS产品测量在目标封装真空度P1下的Q值，记为Q11；
S2、计算MEMS产品在目标气体泄漏速率下放置10年后真空腔室的真空度P2，在真空探针台中对未封装时的MEMS产品测量在真空度P2下的Q值，记为Q21；
S3、将MEMS产品真空封装，真空封装时的目标封装真空度为P1，然后在大气环境下测量MEMS产品的Q值，记为Q12；
S4、对比Q11与Q12，若Q12小于80%的Q11，则判断MEMS真空封装未达到目标真空度；
S5、将真空封装的MEMS产品进行氩气加压实验，然后测量MEMS产品的Q值，记为Q22；
S6、对比Q21与Q22，若Q22小于80%的Q21，则判断真空封装气体泄漏速率不合格。
进一步的，所述步骤S5所述氩气加压实验按以下步骤执行：
S51、设氩气加压实验加压压力为Par；
S52、根据Par与空气中氩气的分压比，计算出真空寿命加速因子AF；
S53、根据所需模拟真空封装寿命时间和真空寿命加速因子AF，确定加压实验时间t；
S54、将真空封装的MEMS产品在压力为Par的氩气加压环境下放置时间t后取出。
本发明的有益效果是，将封装前与封装后MEMS产品的Q值进行对比，即可得知MEMS真空封装真空度是否合格；根据加压实验，可以在短时间内模拟MEMS产品放置10年后的真空封装状态，再对MEMS产品的相应Q值进行对比，即可判断MEMS产品的真空封装气体泄漏速率是否合格；本方法执行简单，全部在常温下进行，适于应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明氩气加压实验的流程图。
具体实施方式
本实施例MEMS产品真空封装内体积为0.1 mm3，要求真空封装后MEMS陀螺内腔室真空度为0.1 Pa，气体泄漏速率小于2.0E-15 Pa*m3/s。
如图1所示，本发明提供一种评价MEMS真空封装性能的方法，包括以下步骤：
S1、在真空探针台中对未封装时的MEMS产品测量在目标封装真空度P1下的Q值，记为Q11；
具体操作时，将未封装时的MEMS产品放置于真空探针台，真空探针台在抽至0.0001Pa的本底真空后回填氩气，先将气压维持在0.1 Pa(即P1)，在该环境下测得Q值为Q11；
S2、计算MEMS产品在目标气体泄漏速率下放置10年后真空腔室的真空度P2，在真空探针台中对未封装时的MEMS产品测量在真空度P2下的Q值，记为Q21；
即将真空探针台再次回填氩气，将气压维持在50 Pa(即P2)，在该环境下测得Q值为Q21；
S3、将MEMS产品真空封装，真空封装时的目标封装真空度为P1，然后在大气环境下测量MEMS产品的Q值，记为Q12；
S4、对比Q11与Q12，若Q12小于80%的Q11，则判断MEMS真空封装未达到目标真空度；
S5、将真空封装的MEMS产品进行氩气加压实验，然后测量MEMS产品的Q值，记为Q22；
氩气加压实验按以下步骤执行：
S51、结合图2所示，设氩气加压实验加压压力为Par，本实施例Par为8 bar；
S52、根据Par与空气中氩气的分压比，计算出真空寿命加速因子AF；
S53、根据所需模拟真空封装寿命时间和真空寿命加速因子AF，确定加压实验时间t，本实施例t为100小时；
S54、将真空封装的MEMS产品在压力为Par的氩气加压环境下放置时间t后取出；
S6、对比Q21与Q22，若Q22小于80%的Q21，则判断真空封装气体泄漏速率不合格。
关于氩气加压实验：
对于某一特定真空封装，其气体泄漏速率
Figure 708721DEST_PATH_IMAGE002
(△P为某一特定气体内外气体压力差，T为某一特定温度，M为某一特定气体的分子量)，故在温度相同时，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
在一个标准大气压下，空气气压为1 bar，空气中的氩气分压为9.3 mbar，由于真空封装内部气压相对外部气压很小，气体泄漏速率基本正比于外部气体压力。因此，当某一真空封装空气漏率为2.0E-15 Pa*m3/s时，空气中的氩气泄漏速率为1.56E-17 Pa*m3/s。
氩气加压实验的理论基础是某一气体的气体泄漏速率和该气体腔室内外压力差成正比，故将MEMS器件放置于8 bar氛围的氩气加压罐中，氩气泄漏速率加速因子为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
,故将MEMS器件放置于8 bar氛围的氩气加压罐中100小时后(10年时间即87600小时，故在8 bar氩气环境中加压100小时等同于在大气环境中10年内渗透进MEMS腔室的氩气)，MEMS器件真空腔室泄漏进的气体流量约为5 Pa*mm3(860*1.56E-17*100*3600Pa*m3*1.0E9 mm3/m3≈5 Pa*mm3)，在体积为0.1 mm3的MEMS真空腔室将导致其压力上升至50Pa。
基于上述推导，若MEMS气体泄漏速率明显大于2.0E-15 Pa*m3/s，则加压实验后MEMS真空腔室压力将明显大于50 Pa，此时再测量MEMS器件Q值，将明显低于之前在回填50Pa氩气的真空探针台中测量的Q值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种评价MEMS真空封装性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在真空探针台中对未封装时的MEMS产品测量在目标封装真空度P1下的Q值，记为Q11；
S2、计算MEMS产品在目标气体泄漏速率下放置10年后真空腔室的真空度P2，在真空探针台中对未封装时的MEMS产品测量在真空度P2下的Q值，记为Q21；
S3、将MEMS产品真空封装，真空封装时的目标封装真空度为P1，然后在大气环境下测量MEMS产品的Q值，记为Q12；
S4、对比Q11与Q12，若Q12小于80%的Q11，则判断MEMS真空封装未达到目标真空度；
S5、将真空封装的MEMS产品进行氩气加压实验，然后测量MEMS产品的Q值，记为Q22；
S6、对比Q21与Q22，若Q22小于80%的Q21，则判断真空封装气体泄漏速率不合格。
2.根据权利要求1所述的一种评价MEMS真空封装性能的方法，其特征在于，所述步骤S5所述氩气加压实验按以下步骤执行：
S51、设氩气加压实验加压压力为Par；
S52、根据Par与空气中氩气的分压比，计算出真空寿命加速因子AF；
S53、根据所需模拟真空封装寿命时间和真空寿命加速因子AF，确定加压实验时间t；
S54、将真空封装的MEMS产品在压力为Par的氩气加压环境下放置时间t后取出。
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