關于傳感器的真空封裝，俺對這個特別感興趣

鬼魅道長

昨天聽一個客戶說，現在mems傳感器的真空封裝是一個不太好搞的問題，如果提高傳感器內部真空度，可以使器件的Q值達到一個相當的高度。俺對這個特別感興趣，就想上來討論討論。
如果需要做真空封裝，通常采用的是什么樣的密封技術？效果怎么樣？
. K) d4 j8 h0 i9 I$ V0 u對封裝的氣密要求大概都是什么樣的數量級？

kric403

以前上課時候參觀過老師實驗室設備，芯片真空封裝、測試（密封性）之類的。。。不過沒深入了解

舟航

先說壇子有玩MEMS的嗎？玩的咋樣，敢拍拍胸脯嗎？

鬼魅道長

舟航 發表于 2011-5-10 22:31
( F, N3 x5 c6 j8 J% z$ x; |5 T先說壇子有玩MEMS的嗎？玩的咋樣，敢拍拍胸脯嗎？

謝版主提醒。
俺查了一些資料，就先說說一些初步的理解：
mems全稱是micro electromechanical system，即微機電系統，是從集成電路技術發展過來的，可以說是IC技術的擴展。
5 {/ u0 h" Y8 O5 A4 K
+ @, j8 c4 o, Z+ c% w) Q典型的mems器件是含有機械運動部件的，如果在大氣環境下運動，會受到空氣阻尼的阻礙，直接影響到Q值，具體的表現是氣壓高則Q值低，而且還會消耗多余的能量，這兩方面的影響會相當大地影響到器件的性能。
0 u" Q! B  w4 j而如果在真空環境下，mems器件的Q值會很高，主要原因就是消除了空氣阻尼，而且熱傳導也會得到抑制。

具體來看，真空封裝有如下好處：
1.可以通過真空封裝形成器件內的局部真空，以此作為絕對壓力的零點，制造絕壓傳感器。
( x& h5 A& ?! z2 ?4 Z' A" H7 D- ~3 A3 A2.很多種傳感器都需要控制熱機噪聲，而其罪魁禍首就是空氣阻尼，但在真空狀態下，此種情況會大大好轉。
# {, ]1 x; k1 _' R8 e1 K$ w# t  }/ M3.陀螺儀的振子Q值是其靈敏度的主要指標，而真空封裝能夠將其有效地提高。

4.利用真空絕熱的特性，包括紅外探測在內的一些傳感器都可以做到很高的靈敏度。

目前存在的問題：
1.真空度的持久性：由于封裝材料本身的氣密性，以及封裝手段的原因，大氣會泄漏進封裝器件內，加上mems傳感器的體積都很小，內部材料自身放氣也會對真空度有一定的影響。
2.封裝手段：目前成熟的幾種封裝材料有玻璃-金屬，玻璃-玻璃，陶瓷-金屬，手法大概是晶元鍵合和平面犧牲層，但尚無具體數據支撐其封裝效果，其成本也相對較高。另一種手法是利用吸氣劑，但由于非蒸散型吸氣劑需要激活，要求的溫度會影響到傳感器內部器件，而蒸散型吸氣劑則容易引起短路，所以這方面不能說是完全成熟。
: E3 Y2 O# O7 l
說到這里，俺想問問，這種密封件的尺寸都較小，即使獲得了理想的真空，又該如何檢測？另外，任何材料都會放氣，而大氣中的氫會通過材料固溶-擴散的方式進入到真空里，這兩者都會導致真空度的下降，而封裝手段的氣密性，也會直接影響到真空度。那么，一般來說，mems器件的真空度要到多高，在經濟上會比較合適？其使用年限為多少年？如果內部器件的真空度下降而導致靈敏度降低，能否有檢測手段給出警告？
4 F8 b. @3 P; d: P4 x

2266998

回復 長驅鬼魅 的帖子
3 t$ k* H8 @$ m1 \( {+ ~  \  _+ a) a
哈哈，大蝦，你這東西阿拉一直不敢開口，阿拉知道在北京有一個玩高真空擴散的博士后，米硅，據說得老米真傳，但阿拉不信，
& b4 Q9 V" Q' D
5 |+ d( R9 c! Q& y國人講高科技，將這東西掛在嘴上，天天說，說濫了，哈哈，什么是高科技，閣下現在談的這個就是，確切說，誰玩的東西？那就是洛-馬與諾-格，

. z. q, V+ q- b% X! h假如俺玩得了這個，俺常想，就躺在長安街上，鈔票像冰雹一樣砸在頭上，哈哈，
: Z/ Z% p8 ]. Z1 q! p

鬼魅道長

2266998 發表于 2011-5-11 16:11
( M6 F7 o& X4 K$ m8 ?/ W回復 長驅鬼魅 的帖子

哈哈，大蝦，你這東西阿拉一直不敢開口，阿拉知道在北京有一個玩高真空擴散的博士后 ...

俺大概知道是誰了，估計是那個山寨鬼子東西的家伙，但俺不知道他是博后，哈哈！
我看了些相關的論文，擴散焊的封裝和非蒸散吸氣劑的激活一樣，需要大面積的加熱，這個導致的后果很嚴重。俺現在手里拿著一個轉子，幾十道焊縫，客戶正發愁，本來打算用擴散焊，但是太熱，東西一烤就完蛋了。
" _( D# X# _. l0 A6 Y
$ l! x3 r! [) ~9 k2 s0 ]0 b2 B大概的計算，如果真空封裝的初始真空度在10^-2或者-3的水平，要維持三年真空不低于1Pa，需要的氣密性要求是整體漏率不超過10^-15Pa m3/s左右，而這樣的氣密性很接近金屬材料本身的氣密性了（我記得好像是10^-17以上，具體數值不知道了），所以特別想知道是怎么搞的，另外，國內是否有這么高氣密封裝的手段，具體是怎么實現的？我對晶元鍵合不太了解。
* }8 ]% p" J2 }
+ C% b" J! n! @0 o

2266998

回復 長驅鬼魅 的帖子
" ^6 l# G7 j: t( U. n/ Z& ]& t
大蝦，這個封裝水平的高低，直接就關乎你在世界上是爺還是孫子，就這么厲害，

許多高級的傳感器，里面不是一個點感應，是一片矩陣，舉個例子，鬼子的近距格斗彈，里面的紅外是一個精密矩陣，不單檢測你尾噴口的熱量，還檢測你到翼稍的溫度梯度，成像以后鎖定你，你還打什么紅外彈欺騙，鬼子的計算機笑了，哈哈，那個突發熱點直接就剔出了，就沒進DSP，數據變換后的圖像，依然是你，哈，
; c* h6 r! U, t* i' B" |9 o
想把每給點封裝合格了，保持許多年好使，假如那樣，阿拉告訴你，真的站在長安街上大喊，阿拉今天喝酒了，你看警察抓你，才不呢，你從此是國寶，
- O9 Q: {4 b0 Z7 Q/ x
可惜了，國人盡是騙子，阿拉見不少這類假貨，人家先開口，說，別問俺什么啊！不興上來就打嘴巴的，哈哈，你看那些玩芯的，最后銀子揣飽了，回米國開小館子去了，米國茅臺很便宜，開館子有效益，哈哈

鬼魅道長

2266998 發表于 2011-5-11 17:26
- X# e' k- v% ^& i$ s- P回復 長驅鬼魅 的帖子
$ A+ i7 M$ q1 N
4 u& P  w- L7 B2 u8 E大蝦，這個封裝水平的高低，直接就關乎你在世界上是爺還是孫子，就這么厲害，

哈哈，要是真這樣就好了！大俠知道鬼佬是怎么封裝的嗎？俺研究這個，開始只是娛樂，后來慢慢地覺得確實很值得討論一番。
5 v* M* j8 M  J2 Z
! N3 x+ U$ z/ m1 k' ~5 Z( e; d如果是軍品，封裝一次抵上好幾年，戰略意義太大了，可以囤一大堆導彈擺著，什么時候誰不聽話了拉出去臭揍，但如果封裝不好，就只能囤上可以接受的數量，并每年更替，不然想用的時候，發現靈敏度下降，把自家飛機打下來，事情就大了。
# S$ J, y: m5 z, a4 u2 _
如果是民品，我想國內現在肯定有做這個的，不知道現在行業默認的壽命是多少年？要達到實際需要的Q值，真空度是多少？現有的封裝能夠在多大程度上滿足要求？
/ H, w, y$ V# O) X- c

2266998

回復 長驅鬼魅 的帖子
, |/ v5 ]' }) k+ w1 V( y( |8 p
( a% i/ j% R0 B( F哈哈，大蝦，阿拉玩不到這個程度了，只是清楚知道原理，假如阿拉玩得下這個，把所有現在的東西都扔掉，每天中午12點起，哈哈，

我一個哥們說過，假如這個他玩好了，他準備娶5個老婆，你想，那東西擺10年都一個精度，阿匾早就提著‘點心盒子’到海關了，問他干嗎來了，匾曰：和平統一，一國梁志，
哈哈，

米國為什么橫，國人不懂啊，小鼻子像哈巴狗一樣隨著，為什么啊？
3 @- y& i' M0 U/ U4 I) m. x

鬼魅道長

2266998 發表于 2011-5-11 17:53
回復 長驅鬼魅 的帖子
; T* ~' Q  P1 j4 y4 a0 r; W* x3 ~
% M1 |7 o# Y! Z# F$ K. P哈哈，大蝦，阿拉玩不到這個程度了，只是清楚知道原理，假如阿拉玩得下這個，把所有 ...

. a) C& u2 v( H) Z這個玩得確實狠……美國佬有多厲害，俺只知道在電子束焊接領域，全世界就他們非真空玩得好，誰都不靈，丫拿這技術焊船甲板，強度賊高。而且有一件非常震撼的事足可說明：電子束是由電子構成的，一般來說，是以光速的一半的速度在真空里直線飛行，而且非常怕磁場干擾，但是有次接觸到一份資料，米國佬能讓電子束在磁場的控制下，在金屬里打出螺旋孔來！這是什么樣的技術呀！即使是真空環境下，他們的電子束焊接齒輪，八十年代的設備已經可以達到每小時1440件，無人看管，怎一個恐怖了得。



. \1 ^# n6 i$ p" b: C$ ~- U7 z
( p( `& J5 ]% w# u8 @/ C1 {