MEMS的發(fā)展目標(biāo)在于通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元器件與系統(tǒng),開辟一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè),其封裝就是確保這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),起著舉足輕重的作用。幾乎每次國際性MEMS會(huì)議都會(huì)對(duì)其封裝技術(shù)進(jìn)行熱烈討論,多元化研發(fā)另辟蹊徑。各種改進(jìn)后的MEMS封裝不斷涌現(xiàn),其中較有代表性的思路是涉及物理、化學(xué)、生物、微機(jī)械、微電子的集成微傳感器及其陣列芯片系統(tǒng),在實(shí)現(xiàn)MEMS片上系統(tǒng)后,再進(jìn)行封裝;另一種是將處理電路做成專用芯片,并與MEMS組裝在同一基板上,最后進(jìn)行多芯片組件MCM封裝、系統(tǒng)級(jí)封裝SIP。在商用MEMS產(chǎn)品中,封裝是最終確定其體積、可靠性、成本的關(guān)鍵技術(shù),期待值極高。
MEMS封裝大致可分為圓片級(jí)、單片全集成級(jí)、MCM級(jí)、模塊級(jí)、SIP級(jí)等多個(gè)層面。圓片級(jí)給MEMS制作的前、后道工序提供了一個(gè)技術(shù)橋梁,整合資源,具有倒裝芯片封裝與芯片尺寸封裝的特點(diǎn),對(duì)靈敏易碎的元件、執(zhí)行元件進(jìn)行特殊鈍化保護(hù),使其免受有害工作介質(zhì)和潮汽侵蝕,不受或少受其他無關(guān)因素的干擾,避免降低精度,完成MEMS芯片與基座(或管殼)的焊接和鍵合;單片全集成級(jí)封裝要對(duì)一個(gè)集成在同一襯底上的微結(jié)構(gòu)和微電路進(jìn)行密封,使之成為一個(gè)可供應(yīng)用的完整系統(tǒng)產(chǎn)品,尺寸小,內(nèi)部互連長(zhǎng)度短,電氣特性好,輸出/人接點(diǎn)密度高,是MEMS封裝發(fā)展的較理想方案;MCM級(jí)將MEMS和信號(hào)處理芯片組裝在一個(gè)外殼內(nèi),常采用成熟的淀積薄膜型多芯片組件MCM-D、混合型多芯片組件MCM-C/D、厚膜陶瓷多芯片組件MCM-C的工藝與結(jié)構(gòu)達(dá)到高密度、高可靠性封裝,可以充分利用已有的條件和設(shè)備,分別制作MEMS的不同部分。這類封裝在小體積、多功能、高密度、提高生產(chǎn)效率方面顯出優(yōu)勢(shì);模塊級(jí)封裝旨在為MEMS設(shè)計(jì)提供一些模塊式的外部接口,一般分為光學(xué)接口、流體接口、電學(xué)接口,接口數(shù)據(jù)則由總線系統(tǒng)傳輸,從而使MEMS能使用統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的封裝批量生產(chǎn),減少在封裝設(shè)備上的投資,降低成本,縮短生產(chǎn)周期,并要求封裝可以向二維空間自由擴(kuò)展和連接,形成模塊,完成某些功能,保證盡可能高的封裝密度;SiP稱為超集成策略,在集成異種元件方面提供了最大的靈活性,適用于射頻RF-MEMS的封裝,在目前的通信系統(tǒng)使用了大量射頻片外分立單元,無源元件(電容、電感、電阻等)占到射頻系統(tǒng)元件數(shù)目的80%-90%,占基板面積的70%-80%,這些可MEMS化來提高系統(tǒng)集成度及電學(xué)性能,但往往沒有現(xiàn)成的封裝可以利用,而SiP是一種很好的選擇,完成整個(gè)產(chǎn)品的組裝與最后封裝。
在MEMS封裝技術(shù)中,倒裝芯片互連封裝以其高I/O密度、低耦合電容、小體積、高可靠性等特點(diǎn)而獨(dú)具特色,可將幾個(gè)不同功能的MEMS芯片通過倒裝互連組裝在同一塊基板上,構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。倒裝芯片正面朝下,朝下的光電MEMS可靈活地選擇需要接收的光源,而免受其他光源的影響。研究表明,通過化學(xué)鍍沉積柔性化凸點(diǎn)下金屬層UBM、焊膏印刷和凸點(diǎn)轉(zhuǎn)移在芯片上形成凸點(diǎn)的這一套工藝的設(shè)備要求不高, 町作為倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)用于力敏MEMS,尤其適合各研究機(jī)構(gòu)為MEMS開發(fā)的單件小批量的倒裝芯片封裝。而使用光刻掩膜、電鍍和回流的方法形成凸點(diǎn)的UBM,卻適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)的MEMS壓力傳感器。采用倒裝芯片互連技術(shù)的MEMS封裝已取得多方面進(jìn)展,成為研發(fā)熱點(diǎn)。
在實(shí)際應(yīng)用中,MEMS的封裝可能是采用多種技術(shù)的結(jié)合。嚴(yán)格地講,有些封裝技術(shù)并無明顯的差異和界定,另一些卻與微電子封裝密切相關(guān)或相似,高密度封裝、大腔體管殼與氣密封裝、晶片鍵合、芯片的隔離與通道、倒裝芯片、熱學(xué)加工、柔性化凸點(diǎn)、準(zhǔn)密封封裝技術(shù)等倍受關(guān)注。用于MEMS封裝的材料主要有陶瓷、金屬、鑄模塑料等數(shù)種,高可靠性產(chǎn)品的殼體大多采用陶瓷—金屬、陶瓷—玻璃、金屬—玻璃等結(jié)構(gòu),各有特點(diǎn),滿足MEMS封裝的特殊信號(hào)界面、外殼性能等要求。
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評(píng)論