压电振动芯片在封装时需要考虑什么?
1. 机械应力控制
热膨胀系数(CTE)匹配
封装材料(如环氧树脂、陶瓷、金属外壳)与压电材料(如PZT、AlN)的CTE差异会导致热应力,可能引发芯片开裂或频率漂移。
解决方案:选择CTE接近的材料(如Al₂O₃陶瓷匹配PZT),或采用柔性过渡层(如硅胶缓冲)。
固化/焊接应力
封装胶水固化或焊料冷却时产生的收缩应力可能改变压电片的预紧力。
优化方法:低温固化胶(如UV胶)、分步固化工艺,或预置应力补偿结构。
2. 振动自由度保护
避免过约束
封装结构需保留芯片的振动自由度(如悬臂梁、薄膜结构),刚性固定会导致Q值下降。
设计建议:
采用局部粘接(如点胶)而非全封装。
使用弹性支撑(如PDMS垫片)隔离外部机械约束。
模态干扰抑制
封装腔体或外壳的固有频率需远离芯片工作频率,防止耦合寄生振动。
验证手段:有限元分析(FEA)模拟封装后的模态变化。
3. 环境防护
防潮与气密性
压电材料(尤其是PZT)易受湿度影响,导致极化失效或介电损耗增加。
封装方案:
惰性气体填充(如N₂)或真空封装。
防潮涂层(如parylene) + 金属/陶瓷气密封装。
抗化学腐蚀
若用于生物或工业环境,需耐酸碱材料(如玻璃熔封、钛合金外壳)。
4. 电学性能保持
寄生参数控制
封装引入的寄生电容/电感会改变谐振频率和阻抗匹配。
措施:
缩短键合线长度(<1mm),采用金线或铜柱互连。
高频应用时使用屏蔽层(如共面波导结构)。
信号完整性
多电极芯片需避免封装导致的串扰。
设计:接地隔离槽、差分信号布线。