MEMS封装技术的发展与应用.doc

MEMS封装技术的发展与应用MEMS技术的发展状况1.1MEMS概述MEMS是微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems）的英文缩写。它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS技术是以微电子、微机械和材料科学科学为基础，研究、设计、制造具有特定功能的微型装置的一门学科。MEMS器件与传感器集成技术经过十几年的发展，目前已相当成熟。但是封装的制造成本目前仍是制约MEMS产品市场进一步扩大的关键因素。MEMS器件由于其应用环境的复杂而和很难与一般的封装方法相适应。通常，MEMS器件的封装应满足下列要求：封装应对传感器芯片提供一个或多个环境接口封装对传感器芯片，尤其是那些对应力特别敏感的传感器带来的应力要尽可能小封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响封装应保护传感器及电子器件免遭不利环境的影响封装必须提供与外界的通道，可通过电接触或无线的方法通常情况下，可将各种封装方法分为三类：晶片级封装方法、单芯片封装和多芯片模块与微系统封装。1.2封装技术现状1.2.1晶片级封装过去十几年中晶片贴合技术备受关注，国外已经开发了多种硅-硅、玻璃-硅和玻璃-玻璃贴合方法。早期的硅-硅贴合方法只能用于较高的温度，最近几年不断有低温方法出现，目前已可在120~400℃下实现牢固而可靠的贴合。因此可采用双极和CMOS工艺完成。玻璃-硅贴合通常采用阳极氧化。当只有一层玻璃介质层时可采用30~60V的低电压。当使用含碱量低的低熔点玻璃时，可用融化玻璃的方法实现镜片贴合，并完全与CMOS工艺兼容，如果在实际贴合之前用热处理的方法去除玻璃种的气泡，就可形成密封性能极好的高真空腔。晶片-晶片贴合的其他选择还包括采用粘结剂和易熔方法等。贴合期间在接触点上施加压力还可实现晶片之间的电互连。另一种晶片级封装的方法是在一排生化传感器上制作一些微型Si3N4帽，用于保护化学传感器的寿命界面，从而达到延长传感器寿命的目的。还可以在晶片上制作流量敏感器和微泵的进出通道。可用晶片金属化技术通过服饰空实现晶片有源面与背面的连接。采用这种方法可使背面接触很容易地与有源面隔离开，芯片很容易的安装到任何载体上或任何屏蔽中，而不会妨碍进出通道。1.2.2单芯片封装通常用于传感器件和电子芯片在一块芯片上合成的班上芯片方法。其具体工艺步骤是：首先在板上完成芯片贴合，用引线键合实现连接，最后在器件上涂一层塑料化合物，传感器/制动器的有源程序区除外，应用区被限制在相对安全的环境中。对普通环境下的低成本应用而言，MEMS器件采用塑料封装技术是一种较好的选择，已开发出许多方法用于传感器和制动器的转移模封装，同时保留至有源器件区的进出通路。尽管塑料封装不能应用于侵蚀性环境，但预计大多数传感器都将应用于相对良好的条件下，因此塑料封装是一种较好的选择。在不能采用普通低成本封装方法的情况下，仍将继续采用在专用管壳中直接安装裸芯片的方法。1.2.3多芯片模块与微系统目前，由于各种应用都需将电子元件与传感器或制动器等MEMS器件集成在一个小型模块或位系统中，这就对专用封装技术提出了新的挑战。通常，采用一种技术不能达到传感器（制动器）与电子器件集成的目的，从经济的观点看，在一块芯片上合成也是不可取的，在这类情况下就需要小型多芯片模块。工作环境的不同对封装技术的要求也不同，因此采用的封装方法也有所不同。如果侧重多芯片集成就可采用较通用的方法，如果侧重应用就要采用专用方法。目前有三种比较通用的方法用于低成本微系统封装。第一种方法是将现有的商用预成型塑料有引线芯片载体（PLCC）封装垂直叠加起来，用于连接所有的PLCC引线。最后用激光束蒸发金，将要用的连接隔离开。第二种方法是采用一个装有电子器件的平台芯片，用引线键合或倒装芯片技术将传感器/制动器芯片安装起来。该平台连接母线、功率处理和微控制器的作用。最后可采用单芯片封装的方法完成封装的全过程。第三种方法是在玻璃衬底上凹槽中安装裸芯片。先在表面上贴一层介质箔，在键合通路商开出窗口，然后淀积互连线，最后将窗口开至有源传感器的制动器区。这种方法的不足是，其窗口时采用激光烧蚀制成的，因此制作成本较高，而且在介质箔键合器件很容易对微机械机构造成损伤，因此随着其他高性能、低制作成本技术的不断出现，将来会逐步淘汰这一方法。1.3MEMS的测试方法1.3.1微机械测量对MEMS的机械运动参数如位移、速度、振幅、频率等进行精确测量已成为MEMS发展的迫切要求。目前采用的微机械测量方法主要有电测法和光测法。电测法具有简单实用、稳定性好、信号分析处理容易等特点，包括压阻测试法、电容测试法、电感测试法、压电测试法等在内的电测法在微机械测量中占有重要地位，具体应用例子有：国