MEMS技術(shù)是一門相當(dāng)?shù)湫偷亩鄬W(xué)科交叉滲透、綜合性強(qiáng)、時(shí)尚前沿的研發(fā)領(lǐng)域,幾乎涉及到所有自然及工程學(xué)科內(nèi)容,以單晶硅Si、Si02、SiN、SOI等為主要材料。Si機(jī)械電氣性能優(yōu)良,其強(qiáng)度、硬度、楊式模量與Fe相當(dāng),密度類似A1,熱傳導(dǎo)率也與Mo和W不相上下。在制造復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)時(shí),現(xiàn)多采用的各種成熟的表面微bD工技術(shù)以及體微機(jī)械加工技術(shù),正向以LIGA(即深度x射線刻蝕、微電鑄成型、塑料鑄模等三個(gè)環(huán)節(jié)的德文縮寫)技術(shù)、微粉末澆鑄、即刻掩膜EFAB為代表的三維加工拓展。因而MEMS封裝具有與IC芯片封裝顯著不同的自身特殊性:
(1)專用性
MEMS中通常都有一些可動(dòng)部分或懸空結(jié)構(gòu)、硅杯空腔、梁、溝、槽、膜片,甚至是流體部件與有機(jī)部件,基本上是靠表面效應(yīng)工作的。封裝架構(gòu)取決于MEMS器件及用途,對(duì)各種不同結(jié)構(gòu)及用途的MEMS器件,其封裝設(shè)計(jì)要因地制宜,與制造技術(shù)同步協(xié)調(diào),專用性很強(qiáng)。
(2)復(fù)雜性
根據(jù)應(yīng)用的不同,多數(shù)MEMS封裝外殼上需要留有同外界直接相連的非電信號(hào)通路,例如,有傳遞光、磁、熱、力、化等一種或多種信息的輸入。輸入信號(hào)界面復(fù)雜,對(duì)芯片鈍化、封裝保護(hù)提出了特殊要求。某些MEMS的封裝及其技術(shù)比MEMS還新穎,不僅技術(shù)難度大,而且對(duì)封裝環(huán)境的潔凈度要求達(dá)到100級(jí)。
(3)空間性
為給MEMS可活動(dòng)部分提供足夠的活動(dòng)、可動(dòng)空間,需要在外殼上刻蝕或留有一定的槽形及其他形狀的空間,灌封好的MEMS需要表面上的凈空,封裝時(shí)能提供一個(gè)十分有效的保護(hù)空腔。
(4)保護(hù)性
在晶片上制成的MEMS在完成封裝之前,始終對(duì)環(huán)境的影響極其敏感。MEMS封裝的各操作工序、劃片、燒結(jié)、互連、密封等需要采用特殊的處理方法,提供相應(yīng)的保護(hù)措施,裝網(wǎng)格框架,防止可動(dòng)部位受機(jī)械損傷。系統(tǒng)的電路部分也必須與環(huán)境隔離保護(hù),以免影響處理電路性能,要求封裝及其材料不應(yīng)對(duì)使用環(huán)境造成不良影響。
(5)可靠性
MEMS使用范圍廣泛,對(duì)其封裝提出更高的可靠性要求,尤其要求確保產(chǎn)品在惡劣條件下的安全工作,免受有害環(huán)境侵蝕,氣密封裝能發(fā)散多余熱量。
(6)經(jīng)濟(jì)性
MEMS封裝主要采用定制式研發(fā),現(xiàn)處于初期發(fā)展階段,離系列化、標(biāo)準(zhǔn)化要求尚遠(yuǎn)。其封裝在整個(gè)產(chǎn)品價(jià)格中占有40%-90%的比重,降低封裝成本是一個(gè)熱門話題。
總而言之,IC封裝和MEMS封裝這兩者最大的區(qū)別在于MEMS一般要和外界接觸,而IC恰好相反,其封裝的主要作用就是保護(hù)芯片與完成電氣互連,不能直接將IC封裝移植于更復(fù)雜的MEMS。但從廣義上講,MEMS封裝形式多是建立在標(biāo)準(zhǔn)化的IC芯片封裝架構(gòu)基礎(chǔ)上。目前的技術(shù)大多沿用成熟的微電子封裝工藝,并加以改進(jìn)、演變,適應(yīng)MEMS特殊的信號(hào)界面、外殼、內(nèi)腔、可靠性、降低成本等要求。
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