摘要：MEMS器件體積小、造價低，是未來傳感器的發(fā)展方向，隨著MEMS技術(shù)進步，慣性MEMS傳感器、中等角頻率傳感器分辨率高且低成本的慣性組件，用于測量導(dǎo)彈姿態(tài)的偏航角和旋轉(zhuǎn)滾動速率。MEMS器件中，封裝技術(shù)極為重要性，堅固耐用的慣性MEMS器件，除集成技術(shù)外封裝成為另一個核心，我們對封裝技術(shù)進行探討研究，旨在提高MEMS器件的可靠性。

MEMS器件封裝技術(shù)順勢而生，它的制備工藝和設(shè)備已相當(dāng)成熟，MEMS器件的應(yīng)用并不多，沒有大范圍進行推廣。因為MEMS器件的封裝技術(shù)沒有達(dá)到很高的水準(zhǔn)，所以封裝的器件并沒有很好的質(zhì)量。MEMS器件封裝技術(shù)的不成熟在很大程度上面限制MEMS商業(yè)的發(fā)展。

1 MEMS概述

MEMS(微機電系統(tǒng))是比較獨立的智能系統(tǒng)，尺寸很小，只有幾毫米甚至更小，由三大部分組成：傳感器、執(zhí)行器和微能源。MEMS設(shè)計包含多方面學(xué)科，主要是物理學(xué)、化學(xué)、材料工程、電子工程等一系列學(xué)科，微機電系統(tǒng)應(yīng)用于多方面領(lǐng)域，汽車電子領(lǐng)域、計算機領(lǐng)域、消費電子領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)通信類這四類是最常見的領(lǐng)域。MEMS工藝與傳統(tǒng)的IC工藝有許多相似之處，MEMS借鑒了IC工藝，如光刻、薄膜沉積、摻雜、刻蝕、化學(xué)機械拋光工藝等，對于毫米甚至納米級別的加工技術(shù)，傳統(tǒng)的IC工藝是無法實現(xiàn)的，必須得依靠微加工，進行精細(xì)的加工，能達(dá)到想要的結(jié)構(gòu)和功能。微加工技術(shù)包括硅的體微加工技術(shù)、表面微加工技術(shù)。體加工技術(shù)是指沿著硅襯底的厚度方向?qū)枰r底進行刻蝕的工藝，是實現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的重要方法。表面微加工是采用薄膜沉積、光刻以及刻蝕工藝，通過在犧牲層薄膜上沉積結(jié)構(gòu)層薄膜，然后去除犧牲層釋放結(jié)構(gòu)層實現(xiàn)可動結(jié)構(gòu)。

2 MEMS器件封裝優(yōu)勢

微機電系統(tǒng)是按照功能在芯片上的集成，尺寸一般是在毫米以下，制作工藝更加精密，需要更高的技術(shù)，微機電系統(tǒng)早在國外就有應(yīng)用，我國起步晚，在MEMS方面的投入逐漸增大，所占市場股份越來越大。微機電系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展是現(xiàn)代科學(xué)創(chuàng)新思維的結(jié)果，也是微觀尺度制造技術(shù)方面的進化和革命。MEMS在傳感器領(lǐng)域應(yīng)用的最為廣泛，因為體積小，重量輕，成本低價的原因廣受歡迎，使多種領(lǐng)域?qū)w積小性能高的MEMS產(chǎn)品的需求迅速增長，在消費電子、醫(yī)療等領(lǐng)域就發(fā)現(xiàn)了大量的MEMS產(chǎn)品。MEMS有如下五個特點：

2.1 微型化

MEMS器件總的來說就是“小”，不管是在體積，重量，還是在耗能，造價方面都是屬于“微型”系列，并且工作效率高，響應(yīng)的時間短。

2.2 材料來源廣，性能優(yōu)秀

大部分集成電路和MEMS的原材料是硅，硅可以從二氧化硅中經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)對其進行提煉，二氧化硅是砂子的主要成分，原材料隨處可見。此外，硅的硬度與鐵相當(dāng)，密度小，與鋁類似，熱傳導(dǎo)性強。

2.3 批量生產(chǎn)

完整的MEMS在一片硅片上面同時被制造，大片的生產(chǎn)能夠提高生產(chǎn)效率，也節(jié)約了大量的成本。

2.4 集成化

由各種功能不同的傳感器或者執(zhí)行器組成的系統(tǒng)，形成微執(zhí)行器陣、微傳感器陣列，還能把功能多樣的器件組合起來，構(gòu)成繁雜的微系統(tǒng)。微執(zhí)行器、傳感器和微電子器件的合成創(chuàng)造出的MEMS可靠性和穩(wěn)定性都比較高。

2.5 多學(xué)科交叉

MEMS設(shè)計知識廣泛，多學(xué)科知識相交，MEMS技術(shù)變得異常復(fù)雜，涉及各方面知識，MEMS器件借鑒了很多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果。

3 MEMS器件封裝技術(shù)

3.1 倒裝焊技術(shù)

倒裝焊是將芯片的正面朝下，然后和封裝基板一起進行封裝。這樣的好處體現(xiàn)在，芯片與基板直接連接，硅片就能夠直接倒扣在PCB上，再從硅片的周圍引出I/O。周圍直接引出I/O，不需要再從一個接口上面連接，大大縮短了互聯(lián)的長度，進而減小了延遲，提高了運行速度，達(dá)到最終目的提高電能性。很明顯，對于這種連接方式，能夠最大程度上面利用空間，并且不會因為連線過多而導(dǎo)致體積過大，相反的，倒裝的效果和原芯片的大小幾乎相同，大大提高了運行效率。在所有表面安裝技術(shù)中，倒裝芯片可以達(dá)到最小、最薄的封裝，使整個封裝之后的器件體積縮小不少。因為凸點能夠充滿整個管芯，I/O的互連密度也大大增加，加快了輸入輸出的效率，又因連線縮短，縮短了信號傳輸時間，進而大大改善了電性能。如在微麥克風(fēng)中就應(yīng)用了此技術(shù)，為了使信號串?dāng)_和引線電感有所減少，需要縮短放大器和麥克風(fēng)之間的引線。為了達(dá)到該目的，微麥克風(fēng)MEMS芯片和放大電路需要被封裝在一起，這樣的器件封裝需要采用倒裝焊技術(shù)，減小封裝體積還能支持一些其他用途。經(jīng)過MEMS器件封裝之后的微麥克風(fēng)具有低功耗，高靈敏度的特點，很大程度上提高了麥克風(fēng)的效果，與傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)，價格上便宜了很多。

MEMS麥克風(fēng)制造、封裝和測試流程

3.2 多芯片組件技術(shù)

多芯片組件(MCM)屬于系統(tǒng)級封裝，是電子封裝技術(shù)層面的大突破。MCM是指一個封裝體中包含通過基板互連起來，共同構(gòu)成整個系統(tǒng)的封裝形式的兩個或兩個以上的芯片。并為組件中的所有芯片提供信號互連、I/O管理、熱控制、機械支撐和環(huán)境保護等條件。

3.3 多芯片封裝

多芯片封裝是MEMS封裝的另一發(fā)展趨勢。壓縮整個器件的體積、適應(yīng)小型化、縮短信號到執(zhí)行器之間的距離、減小信號和外界干擾所帶來的各種影響，將其MEMS芯片與信號處理芯片安放于同一管殼內(nèi)。在用陶瓷的基板的基礎(chǔ)上，用引線鍵合技術(shù)將傳感器安裝在一起，將基板封裝，最后就順利完成了MEMS的封裝。

MCM提供了一種特有的可以在同襯底上同時支持多種芯片的能力的誘人的集成和封裝MEMS器件的途徑，無需改變MEMS和電路的制造技術(shù)，其性能還可以無妥協(xié)地做出優(yōu)化。以MCM技術(shù)為基礎(chǔ)的 MEMS 封裝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單芯片封裝結(jié)構(gòu)完全沒問題，還將其器件的性能和可靠性顯著提高了。例如山西科泰公司生產(chǎn)的將控制電路和MEMS芯片裝在一個基板上的加速度傳感器的封裝，利用這種封裝技術(shù)，用便捷的方法提高了封裝的可靠性及其封裝密度，同時提高生產(chǎn)效率和批量生產(chǎn)的速率。從各種技術(shù)優(yōu)勢來看，完成MEMS芯片和基板的互連是可行的。

4 結(jié)語

MEMS封裝技術(shù)的發(fā)展，借鑒IC封裝經(jīng)驗，降低生產(chǎn)成本;在芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計初期，利用建模的思想來進行模擬封裝，尋找適合的材料和工藝。MEMS封裝技術(shù)的發(fā)展，工藝程序只會越來越來復(fù)雜，越來越多樣化，加快MEMS封裝技術(shù)的研究步伐，提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。