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关于MEMS加速度计封装的发展
蟑螂恶霸 | 2020-04-02 19:48:01    阅读:518   发布文章

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MEMS的发展目标在于通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元器件与系统,开辟一个新技术领域和产业,其封装就是确保这一目标的实现,起着举足轻重的作用。几乎每次国际性MEMS会议都会对其封装技术进行热烈讨论,多元化研发另辟蹊径。各种改进后的MEMS封装不断涌现,其中较有代表性的思路是涉及物理、化学、生物、微机械、微电子的集成微传感器及其阵列芯片系统,在实现MEMS片上系统后,再进行封装;另一种是将处理电路做成专用芯片,并与MEMS组装在同一基板上,最后进行多芯片组件MCM封装、系统级封装SIP。在商用MEMS产品中,封装是最终确定其体积、可靠性、成本的关键技术,期待值极高。

MEMS封装大致可分为圆片级、单片全集成级、MCM级、模块级、SIP级等多个层面。圆片级给MEMS制作的前、后道工序提供了一个技术桥梁,整合资源,具有倒装芯片封装与芯片尺寸封装的特点,对灵敏易碎的元件、执行元件进行特殊钝化保护,使其免受有害工作介质和潮汽侵蚀,不受或少受其他无关因素的干扰,避免降低精度,完成MEMS芯片与基座(或管壳)的焊接和键合;单片全集成级封装要对一个集成在同一衬底上的微结构和微电路进行密封,使之成为一个可供应用的完整系统产品,尺寸小,内部互连长度短,电气特性好,输出/人接点密度高,是MEMS封装发展的较理想方案;MCM级将MEMS和信号处理芯片组装在一个外壳内,常采用成熟的淀积薄膜型多芯片组件MCM-D、混合型多芯片组件MCM-C/D、厚膜陶瓷多芯片组件MCM-C的工艺与结构达到高密度、高可靠性封装,可以充分利用已有的条件和设备,分别制作MEMS的不同部分。这类封装在小体积、多功能、高密度、提高生产效率方面显出优势;模块级封装旨在为MEMS设计提供一些模块式的外部接口,一般分为光学接口、流体接口、电学接口,接口数据则由总线系统传输,从而使MEMS能使用统一的、标准化的封装批量生产,减少在封装设备上的投资,降低成本,缩短生产周期,并要求封装可以向二维空间自由扩展和连接,形成模块,完成某些功能,保证尽可能高的封装密度;SiP称为超集成策略,在集成异种元件方面提供了最大的灵活性,适用于射频RF-MEMS的封装,在目前的通信系统使用了大量射频片外分立单元,无源元件(电容、电感、电阻等)占到射频系统元件数目的80%-90%,占基板面积的70%-80%,这些可MEMS化来提高系统集成度及电学性能,但往往没有现成的封装可以利用,而SiP是一种很好的选择,完成整个产品的组装与最后封装。

在MEMS封装技术中,倒装芯片互连封装以其高I/O密度、低耦合电容、小体积、高可靠性等特点而独具特色,可将几个不同功能的MEMS芯片通过倒装互连组装在同一块基板上,构成一个独立的系统。倒装芯片正面朝下,朝下的光电MEMS可灵活地选择需要接收的光源,而免受其他光源的影响。研究表明,通过化学镀沉积柔性化凸点下金属层UBM、焊膏印刷和凸点转移在芯片上形成凸点的这一套工艺的设备要求不高, 町作为倒装芯片封装结构用于力敏MEMS,尤其适合各研究机构为MEMS开发的单件小批量的倒装芯片封装。而使用光刻掩膜、电镀和回流的方法形成凸点的UBM,却适合工业化大批量生产的MEMS压力传感器。采用倒装芯片互连技术的MEMS封装已取得多方面进展,成为研发热点。

在实际应用中,MEMS的封装可能是采用多种技术的结合。严格地讲,有些封装技术并无明显的差异和界定,另一些却与微电子封装密切相关或相似,高密度封装、大腔体管壳与气密封装、晶片键合、芯片的隔离与通道、倒装芯片、热学加工、柔性化凸点、准密封封装技术等倍受关注。用于MEMS封装的材料主要有陶瓷、金属、铸模塑料等数种,高可靠性产品的壳体大多采用陶瓷—金属、陶瓷—玻璃、金属—玻璃等结构,各有特点,满足MEMS封装的特殊信号界面、外壳性能等要求。


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