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MEMS封装技术应注意事项

时间:2012-11-03 17:44:41来源:物联网在线 作者:IOTer 点击:
MEMS技术是一门相当典型的多学科交叉渗透、综合性强、时尚前沿的研发领域,几乎涉及到所有自然及工程学科内容,以单晶硅Si、Si02、SiN、 SOI等为主要材料。

MEMS技术是一门相当典型的多学科交叉渗透、综合性强、时尚前沿的研发领域,几乎涉及到所有自然及工程学科内容,以单晶硅Si、Si02、SiN、 SOI等为主要材料。Si机械电气性能优良,其强度、硬度、杨式模量与Fe相当,密度类似A1,热传导率也与Mo和W不相上下。

MEMS封装技术严重滞后的主要原因是MEMS封装完全不同于传统集成电路(IC)的封装。传统IC封装的目的是提供IC芯片的物理支撑、保护其不受环境的干扰与破坏,同时实现与外界信号、能源及 接地的电气互连。

MEMS器件一般都含有由多种材料组成的三维结构和活动构件,且常处于高温、高湿或酸、碱性等恶劣环境之中。由于这种与外部环境的交互作用关系及其自身的结构复杂性,MEMS封装与传统IC封装存在着相当大的差别,对封装技术提出了严峻的挑战。

(1)MEMS器件或微系统是在一块硅片(或其他材料)上高度集成的多功能器件与系统。在实现电气互连的同时,还要实现机械、热、光、流体等之间的连接,因此它涉及多介质间的互连技术。

(2)由于MEMS需要感知外部世界,因此对封装技术而言,需要提供让芯片敏感区与外界环境交互作用的通道,如流体传感器则需要相应的流体通道,微光机电系统(MOEMS)则需要光通道。这使得封装同时面临两方面的问题:一是如何保证芯片敏感区与外界环境充分交互作用,并保护芯片敏感区不因两者间的交互作用产生性能恶化,保持其性能稳定;二是需要保护芯片的其他区域。

(3)由于MEMS器件一般工作在各种强振动、酸碱性物质及其它化学物质或有机溶剂等应用环境下,因此要求封装结构与封装材料能适应各种复杂的工作环境。在保持稳定性能的同时避免带来传感测量噪音。

(4)由于MEMS器件是集成的多功能器件,对工作环境有相应的要求,如温度、湿度以及大气压力等。如MEMS典型应用之一的加速度测量仪的最佳工况是运行在接近大气压下的可控干燥大气氛围;而陀螺仪则需要真空环境。此外,上述两者均对温度敏感,因此需要在其中封装传感器,以便测量和控制温度。对于具有活动构件的MEMS器件而言,对封装的要求更高。

(5)MEMS封装工艺参数引起的MEMS可靠性问题比较严重,如封装热应力、封装残余应力、封装过程对芯片的污染、封装除气等。因此,对封装工艺参数必须加以严格的要求和控制。

(6)鉴于MEMS制造工艺的多样性、结构的复杂性以及应用环境的多样性,使得MEMS封装技术难以像IC封装技术一样实现规范化与标准化,无法采用统一的封装形式与封装工艺。

综上所述,对MEMS的封装来说,除了要考虑高密度封装所面临的多层互联、散热、可靠性、可测试性等问题之外,还必须考虑将MEMS芯片、封装与工作环境作为一个交互作用的系统来进行MEMS封装的设计与制造。

(责任编辑:Ioter)
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