MEMS后端封装那些事儿

2017-01-10 摘自传感器技术

      尽管MEMS前端的制造让人头疼，但后端的封装却值得一喜，国内MEMS产业链后端的封装整体来说还是较为完善。最佳的封装无疑可使得MEMS器件发挥出更好的性能。通常而言，MEMS封装应满足以下条件：一、可提供一个或多个环境通路;二、封装导致的应力应该尽量小;三、封装及材料最好不对环境造成不良影响;四、应不对其他器件造成不良影响;五、必须提供与外界通路。

      如今，国内MEMS产业链后端封装较为完善，其原因在于国内的封装技术起步较早，而MEMS器件的封装则可以参考或借鉴IC封装。王懿曾说：“其实很多企业，尤其是MEMS麦克风企业，早期的商业模式就是购买国外裸片(前端工艺完成后的产品)，自己做后端封装和测试。MEMS封装在一定程度上可借鉴IC封装的工艺，两者有相似之处，但两者之间还是有很大的区别，最大的区别在于MEMS一般要和外界接触，而IC恰好相反，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降，其封装的主要作用就是保护芯片与完成电气互连，不能直接将IC封装移植于更复杂的MEMS。”

      MEMS是一种三维的机械结构，而IC则是平面结构。这导致MEMS封装与IC封装存在诸多不同。且两者在专用性、复杂性、保护性及可靠性等多方面存在差异。据专家介绍，在专用性方面，MEMS中通常都有一些可动部分或悬空结构、硅杯空腔、梁、沟、槽、膜片，甚至是流体部件与有机部件，基本上是靠表面效应工作的。封装架构取决于MEMS器件及用途，对各种不同结构及用途的MEMS器件，其封装设计要因地制宜，与制造技术同步协调，专用性很强。

      在保护性方面，MEMS器件对环境的影响极其敏感，因此对其的保护要求也比IC要高。MEMS封装的各操作工序、划片、烧结、互连、密封等需要采用特殊的处理方法，提供相应的保护措施，防止可动部件受机械损伤。系统的电路部分也必须与环境隔离保护，以免影响处理电路性能，要求封装及其材料不应对使用环境造成不良影响。

      同时，两者的复杂程度也不一样，整体而言，MEMS封装要比IC封装更加复杂。比如说，根据应用的不同，多数MEMS封装外壳上需要留有同外界直接相连的非电信号通路，例如，有传递光、磁、热、力、化等一种或多种信息的输入。输入信号界面复杂，对芯片钝化、封装保护提出了特殊要求。再者如在光学MEMS器件中，由于冲击、震动或热膨胀等原因而产生的封装应力会使光器件和光纤之间的对准发生偏移。在高精度加速度计和陀螺仪中，封装需要和MEMS芯片隔离以优化性能。

      随着MEMS器件应用领域越来越多，其应用场景对MEMS封装的可靠性要求也随之提高，这致使MEMS封装的可靠性同样比IC封装要求高。王懿称：“MEMS使用范围广泛，对其封装提出更高的可靠性要求，尤其要求确保产品在恶劣条件下的安全工作，免受有害环境侵蚀，气密封装能发散多余热量。”因此，提高MEMS封装的可靠性十分重要。

      MEMS制造技术人员认为MEMS封装一般不是一种通用的封装形式，因产品而异。因此，想要提高MEMS封装可靠性，还是要根据MEMS器件的特性采取合理的工艺解决，其中晶圆级封装最为重要。

      尽管两者的区别很多，但从广义上来讲，MEMS封装形式大多数是建立在标准化的IC芯片封装架构基础上。目前的技术大多沿用成熟的微电子封装工艺，并加以改进、演变，适应MEMS特殊的信号界面、外壳、内腔、可靠性、降低成本等要求。此外，MEMS封装技术发展迅速，晶圆级和3D集成也越来越重要。

      对于MEMS封装而言，不容忽视的一个问题就是成本问题，随着MEMS器件售价的快速下降，如何降低MEMS器件的封装成本是众封装厂商头疼的问题。此外，MEMS设计厂商还考虑封装形式，这对MEMS封装厂商而言，势必将增加封装的难度。

      整体而言，MEMS封装技术得益于IC封装，因此才较为完善，不过，两者在多方面都存在很大的差异，在很多方面，MEMS封装都比IC封装的要求要高。随着MEMS产业的爆发，在国内也有更多的封装厂商开始进军MEMS封装。尽管如此，由于MEMS封装是高端封装，究竟能有多少IC封装厂商能够成功进入该市场也是难说。

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