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          智能傳感器50%的問題都出在這里!什么是MEMS封裝?
          專欄:行業資訊
          發布日期:2023-07-05
          閱讀量:1430
          作者:其他
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          ▲具有薄膜機械結構的MEMS聲學傳感器芯片內部工作情況(由高精度傳感器實拍)MEMS器件具有三維機械結構、產品設計和制造技術的多樣性,決定了MEMS封裝與傳統IC封裝存在諸多不同且更加復雜。
          相關資料顯示,在 MEMS 系統中發生的可靠性問題 50% 來自封裝過程。2001年左右,封裝成本占MEMS器件總成本的70%~80%,使當時MEMS傳感器售價高昂,是早期阻礙MEMS技術推廣的最重要原因之一。

          因此,封裝是MEMS研發過程的重要環節,封裝決定了MEMS 器件的可靠性以及成本,同時,封裝決定了MEMS傳感器的最終大小,是MEMS傳感器小型化的關鍵,這些是MEMS 器件實用化和商業化的前提。


          什么是MEMS器件封裝?MEMS封裝與一般芯片封裝有什么不同?


          MEMS(微機電系統)是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業技術,通過半導體制造等微納加工手段,形成特征尺度為微納米量級的具有機械結構的系統裝置。


          MEMS工藝與傳統的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、化學機械拋光工藝等,對于毫米甚至納米級別的加工技術,傳統的IC工藝是無法實現的,必須得依靠微加工,進行精細的加工,能達到想要的結構和功能。


          微加工技術包括硅的體微加工技術、表面微加工技術。體加工技術是指沿著硅襯底的厚度方向對硅襯底進行刻蝕的工藝,是實現三維結構的重要方法。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構層薄膜,然后去除犧牲層釋放結構層實現可動結構。(相關內容參看《MEMS傳感器芯片是這樣被制造出來的!》)


          圖片

          ▲復雜的晶圓級MEMS傳感器封裝3D視圖


          相比一般的集成電路芯片(IC),MEMS制造工藝不追求先進制程,而更注重功能特色化,即利用微納結構或/和敏感材料實現多種傳感和執行功能,工藝節點通常從500nm到110nm,襯底材料也不局限硅,還包括玻璃、聚合物、金屬等。


          圖片

          ▲具有薄膜機械結構的MEMS聲學傳感器芯片內部工作情況(由高精度傳感器實拍)


          MEMS器件具有三維機械結構、產品設計和制造技術的多樣性,決定了MEMS封裝與傳統IC封裝存在諸多不同且更加復雜。


          從“消費類應用的低成本封裝”到“汽車和航空行業的耐高溫和抗惡劣氣候的高可靠性封裝”;從“裸露在大氣環境下的開放式封裝”到“需要抽真空的密閉式封裝”——各種應用需求對MEMS封裝提出了諸多挑戰,傳感器封裝比C封裝更嚴苛。


          下圖來自咨詢公司Yole的MEMS產業報告,直觀展示了各種各樣的MEMS傳感器&執行器,可以看到不同MEMS器件的封裝形式和結構差異極大。


          圖片

          ▲來自yole



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