智能传感器50%的问题都出在这里!什么是MEMS封装?
发布日期:2023-07-05
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相关资料显示,在 MEMS 系统中发生的可靠性问题 50% 来自封装过程2001年左右,封装成本占MEMS器件总成本的70%~80%,使当时MEMS传感器售价高昂,是早期阻碍MEMS技术推广的最重要原因之一。

因此,封装是MEMS研发过程的重要环节,封装决定了MEMS 器件的可靠性以及成本,同时,封装决定了MEMS传感器的最终大小,是MEMS传感器小型化的关键,这些是MEMS 器件实用化和商业化的前提。


什么是MEMS器件封装?MEMS封装与一般芯片封装有什么不同?


MEMS(微机电系统)是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术,通过半导体制造等微纳加工手段,形成特征尺度为微纳米量级的具有机械结构的系统装置。


MEMS工艺与传统的IC工艺有许多相似之处,MEMS借鉴了IC工艺,如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等,对于毫米甚至纳米级别的加工技术,传统的IC工艺是无法实现的,必须得依靠微加工,进行精细的加工,能达到想要的结构和功能。


微加工技术包括硅的体微加工技术、表面微加工技术。体加工技术是指沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀的工艺,是实现三维结构的重要方法。表面微加工是采用薄膜沉积、光刻以及刻蚀工艺,通过在牺牲层薄膜上沉积结构层薄膜,然后去除牺牲层释放结构层实现可动结构。(相关内容参看《MEMS传感器芯片是这样被制造出来的!》)


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▲复杂的晶圆级MEMS传感器封装3D视图


相比一般的集成电路芯片(IC),MEMS制造工艺不追求先进制程,而更注重功能特色化,即利用微纳结构或/和敏感材料实现多种传感和执行功能,工艺节点通常从500nm到110nm,衬底材料也不局限硅,还包括玻璃、聚合物、金属等。


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▲具有薄膜机械结构的MEMS声学传感器芯片内部工作情况(由高精度传感器实拍)


MEMS器件具有三维机械结构、产品设计和制造技术的多样性,决定了MEMS封装与传统IC封装存在诸多不同且更加复杂。


从“消费类应用的低成本封装”到“汽车和航空行业的耐高温和抗恶劣气候的高可靠性封装”;从“裸露在大气环境下的开放式封装”到“需要抽真空的密闭式封装”——各种应用需求对MEMS封装提出了诸多挑战,传感器封装比C封装更严苛。


下图来自咨询公司Yole的MEMS产业报告,直观展示了各种各样的MEMS传感器&执行器,可以看到不同MEMS器件的封装形式和结构差异极大。


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▲来自yole



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