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MEMS元器件是如何進(jìn)行封裝的?

發(fā)布時(shí)間:2018-08-08 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】MEMS是微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical SySTems)是指可批量制作的,集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的,目前MEMS加工技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物學(xué)等領(lǐng)域,從而進(jìn)行生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室技術(shù)流程的芯片集成化。
 
 
MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分,它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù),并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高科技前沿學(xué)科。
 
它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù),并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高科技前沿學(xué)科。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè),采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。MEMS技術(shù)正發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè),目前MEMS市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅(qū)動(dòng)頭等。
 
MEMS是一種全新的必須同時(shí)考慮多種物理場(chǎng)混合作用的研發(fā)領(lǐng)域,相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械,它們的尺寸更小,最大的不超過(guò)一個(gè)厘米,甚至僅僅為幾個(gè)微米,其厚度就更加微小。采用以硅為主的材料,采用與集成電路(IC)類似的生成技術(shù),可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝 ,進(jìn)行大批量、低成本生產(chǎn),使性價(jià)比相對(duì)于傳統(tǒng)“機(jī)械”制造技術(shù)大幅度提高。
 
完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。其目標(biāo)是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起,組成具有多功能的微型系統(tǒng),集成于大尺寸系統(tǒng)中,從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平。
 
MEMS器件的封裝形式是把基于MEMS的系統(tǒng)方案推向市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)今基于MEMS的典型產(chǎn)品中,封裝成本幾乎占去了所有物料和組裝成本的20%~40%。由于生產(chǎn)因素的影響,使得封裝之后的測(cè)試成本比器件級(jí)的測(cè)試成本更高,這就使MEMS產(chǎn)品的封裝選擇和設(shè)計(jì)更加重要。
 
MEMS器件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在開始每項(xiàng)設(shè)計(jì)前,以及貫穿在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中都必須對(duì)封裝策略和如何折中進(jìn)行考慮和給與極大的關(guān)注。許多MEMS產(chǎn)品供應(yīng)商都會(huì)把產(chǎn)品封裝作為進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要產(chǎn)品差異和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
 
設(shè)計(jì)MEMS器件的封裝往往比設(shè)計(jì)普通集成電路的封裝更加復(fù)雜,這是因?yàn)楣こ處煶3R裱恍╊~外的設(shè)計(jì)約束,以及滿足工作在嚴(yán)酷環(huán)境條件下的需求。器件應(yīng)該能夠在這樣的嚴(yán)苛環(huán)境下與被測(cè)量的介質(zhì)非常明顯地區(qū)別開來(lái)。這些介質(zhì)可能是像干燥空氣一樣溫和,或者像血液、散熱器輻射等一樣嚴(yán)苛。
 
首先,MEMS器件的封裝必須能夠和環(huán)境進(jìn)行相互影響。MEMS器件的封裝也必須滿足其他一些機(jī)械和散熱裕量要求。作為MEMS器件的輸出,可能是機(jī)械電機(jī)或壓力的變化,因此,封裝的機(jī)械寄生現(xiàn)象就有可能與器件的功能相互影響和干擾。當(dāng)封裝中不同材料混合使用時(shí),它們的膨脹和收縮系數(shù)不同,因此,這些變化引起的應(yīng)力就附加在傳感器的壓力值中。
 
在光學(xué)MEMS器件中,由于沖擊、震動(dòng)或熱膨脹等原因而產(chǎn)生的封裝應(yīng)力會(huì)使光器件和光纖之間的對(duì)準(zhǔn)發(fā)生偏移。在高精度加速度計(jì)和陀螺儀中,封裝需要和MEMS芯片隔離以優(yōu)化性能。
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