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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(yè)資訊
發(fā)布日期：2023-07-05
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▲具有薄膜機(jī)械結(jié)構(gòu)的MEMS聲學(xué)傳感器芯片內(nèi)部工作情況（由高精度傳感器實(shí)拍）MEMS器件具有三維機(jī)械結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的多樣性，決定了MEMS封裝與傳統(tǒng)IC封裝存在諸多不同且更加復(fù)雜。
因此，封裝是MEMS研發(fā)過程的重要環(huán)節(jié)，封裝決定了MEMS 器件的可靠性以及成本，同時(shí)，封裝決定了MEMS傳感器的最終大小，是MEMS傳感器小型化的關(guān)鍵，這些是MEMS 器件實(shí)用化和商業(yè)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(jī)電系統(tǒng)）是將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)，通過半導(dǎo)體制造等微納加工手段，形成特征尺度為微納米量級(jí)的具有機(jī)械結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)裝置。 MEMS工藝與傳統(tǒng)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(xué)機(jī)械拋光工藝等，對(duì)于毫米甚至納米級(jí)別的加工技術(shù)，傳統(tǒng)的IC工藝是無法實(shí)現(xiàn)的，必須得依靠微加工，進(jìn)行精細(xì)的加工，能達(dá)到想要的結(jié)構(gòu)和功能。 微加工技術(shù)包括硅的體微加工技術(shù)、表面微加工技術(shù)。體加工技術(shù)是指沿著硅襯底的厚度方向?qū)枰r底進(jìn)行刻蝕的工藝，是實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層薄膜，然后去除犧牲層釋放結(jié)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)可動(dòng)結(jié)構(gòu)。（相關(guān)內(nèi)容參看《MEMS傳感器芯片是這樣被制造出來的！》）
▲復(fù)雜的晶圓級(jí)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(jìn)制程，而更注重功能特色化，即利用微納結(jié)構(gòu)或/和敏感材料實(shí)現(xiàn)多種傳感和執(zhí)行功能，工藝節(jié)點(diǎn)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。
▲具有薄膜機(jī)械結(jié)構(gòu)的MEMS聲學(xué)傳感器芯片內(nèi)部工作情況（由高精度傳感器實(shí)拍） MEMS器件具有三維機(jī)械結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的多樣性，決定了MEMS封裝與傳統(tǒng)IC封裝存在諸多不同且更加復(fù)雜。 從“消費(fèi)類應(yīng)用的低成本封裝”到“汽車和航空行業(yè)的耐高溫和抗惡劣氣候的高可靠性封裝”；從“裸露在大氣環(huán)境下的開放式封裝”到“需要抽真空的密閉式封裝”——各種應(yīng)用需求對(duì)MEMS封裝提出了諸多挑戰(zhàn)，傳感器封裝比C封裝更嚴(yán)苛。 下圖來自咨詢公司Yole的MEMS產(chǎn)業(yè)報(bào)告，直觀展示了各種各樣的MEMS傳感器&執(zhí)行器，可以看到不同MEMS器件的封裝形式和結(jié)構(gòu)差異極大。
▲來自yole |
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