底座激振下微型叠层芯片共振频率检测

    微电子器件向系统集成化、小型化、超薄化方向的发展趋势，导致三维封装成为封装技术的发展方向之一。叠层、堆积紧凑的三维封装结构需利用引线键合等技术进行电气互连。悬臂式双矩形垂直堆叠的出现，使堆叠封装技术不再限于单一金字塔型堆叠结构( 图 1)［1］。由于芯片外悬无支撑，超声加载过程中悬臂处于振动状态，可能导致焊接失效、不一致的凸点成形、焊接强度降低、悬臂芯片裂纹等现象。为探索悬臂键合工艺优化的可能性，需对叠层悬臂芯片动力学性能进行研究。

    模态分析是研究结构动力特性的有效方法。然而，进行有限元仿真时，理论上的不同假设、复杂边界条件的近似简化、材料参数的不精确等会导致有限元计算结果与实测结果存在误差。因此须用实验验证假设和校核数值仿真结果。

    实验模态分析关键在于如何有效激振结构和测试响应。微结构尺寸小，谐振频率高，可达到数十千赫兹甚至更高，这要求外部激振频率也要达到该水平。因此，常规的激振设备无法对微结构进行有效激振。对于轻小结构，传感器不易布置，且其附加质量会对测试结果产生影响。因而微结构的动态测试必须采用非接触式，其边界条件的影响也不可忽略。

    文献［2］提出传统的激振技术与方法运用于微结构的动态测试，总结了微结构振动特性测量的激励技术和方法，并对各激励优缺点进行了比较。文献［3］建立了以压电陶瓷作为底座激励的实验平台，并通过测MEMS 微结构的压电微悬臂梁，验证了压电陶瓷作为底座激励的可行性。文献［4］提出了一种微结构的谐振频率测试技术，以压电陶瓷作为激振基座，激振安装在基座上的压电微悬臂梁，通过分析压电悬臂梁振动，得出微悬臂梁谐振频率为 47． 775 kHz。该方法的局限性在于试件须由压电材料制做。文献［5］利用压电陶瓷激振硅悬臂梁。通过多普勒测试悬臂梁( 尺寸为 800μm ×20 μm ×2． 25 μm) 的振动信号，得出前三阶固有频率分别为 4． 9 kHz、31 kHz、84 kHz。文献［6］提出由超声波换能器产生的脉冲力激振硅悬臂梁，试件尺寸长度为 30 μm ～80 μm，宽度为 6 μm，厚度为 1． 1 μm。通过多普勒测振仪提取六种长度不同的悬臂梁振动信号，得到它们的固有频率大致分布在 120 kHz ～ 950kHz 之间。文献［7］利用压电陶瓷分别激振矩形硅悬臂梁试件 NSC15 － F/5 与 ESP －50，标准试件尺寸分别为: 125 μm ×35 μm ×4 μm、450 μm ×50 μm ×2 μm; 标称共振频率依次为 325 kHz、13 kHz。利用多普勒测振仪测试它们的共振频率，分析了共振法测试固有频率的精度和利用固有频率对材料杨氏模量的推算。