1 引言
當(dāng)前，海表里半導(dǎo)體集成電路科研程度已根基具備將一些巨大的機(jī)電系統(tǒng)集成建造在芯片上的本領(lǐng)，險(xiǎn)些整個(gè)1000億美元局限的財(cái)富基本設(shè)施都可以用來(lái)支持MEMS技能，那些被批量制造的、同時(shí)包括尺寸在納米到毫米量級(jí)的電子與機(jī)器元器件組成的MEMS，成為國(guó)際上微電子系統(tǒng)集成成長(zhǎng)的新偏向。多門(mén)類(lèi)實(shí)用的MEMS演示樣品向早期產(chǎn)物演繹，可批量出產(chǎn)的微加快度計(jì)、力敏傳感器、微陀螺儀、數(shù)字微鏡器件、光開(kāi)關(guān)等的商品化日趨成熟，劈頭形成100億美元的市場(chǎng)局限，年增長(zhǎng)率在30％以上。當(dāng)MEMS與其他技能融會(huì)時(shí)，往往還會(huì)催生一些新的MEMS器件，為微電子技能提供了很是大的市場(chǎng)和創(chuàng)新機(jī)會(huì)，有大概在此后數(shù)十年內(nèi)激發(fā)一場(chǎng)家產(chǎn)革命。然而，實(shí)現(xiàn)MEMS的商品化、市場(chǎng)化還面對(duì)很多挑戰(zhàn)，另有許多財(cái)富化的技能困難需要舉辦深條理的研究、辦理，尤其是MEMS封裝技能的成長(zhǎng)相對(duì)滯后，在某些方面形成封裝障礙，使得許多MEMS器件的研發(fā)仍臨時(shí)逗留在嘗試室階段，首先辦理這一通往市場(chǎng)的瓶頸，促進(jìn)財(cái)富鏈提速運(yùn)轉(zhuǎn)已成為各界共鳴。

2 MEMS封裝的特點(diǎn)
MEMS技能是一門(mén)相當(dāng)?shù)浞兜亩鄬W(xué)科交錯(cuò)滲透、綜合性強(qiáng)、時(shí)尚前沿的研發(fā)規(guī)模，險(xiǎn)些涉及到所有自然及工程學(xué)科內(nèi)容，以單晶硅Si、Si02、SiN、SOI等為主要質(zhì)料。Si機(jī)器電氣機(jī)能優(yōu)良，其強(qiáng)度、硬度、楊式模量與Fe相當(dāng)，密度雷同A1，熱傳導(dǎo)率也與Mo和W八兩半斤。在制造巨大的器件布局時(shí)，現(xiàn)多回收的各類(lèi)成熟的外貌微bD工技能以及體微機(jī)器加工技能，正向以L(fǎng)IGA（即深度x射線(xiàn)刻蝕、微電鑄成型、塑料鑄模等三個(gè)環(huán)節(jié)的德文縮寫(xiě)）技能、微粉末澆鑄、立刻掩膜EFAB為代表的三維加工拓展。因而MEMS封裝具有與IC芯片封裝顯著差異的自身非凡性：
（1）專(zhuān)用性
MEMS中凡是都有一些可動(dòng)部門(mén)或懸空布局、硅杯空腔、梁、溝、槽、膜片，甚至是流體部件與有機(jī)部件，根基上是靠外貌效應(yīng)事情的。封裝架構(gòu)取決于MEMS器件及用途，對(duì)各類(lèi)差異布局及用途的MEMS器件，其封裝設(shè)計(jì)要因地制宜，與制造技能同步協(xié)調(diào)，專(zhuān)用性很強(qiáng)。
（2）巨大性
按照應(yīng)用的差異，大都MEMS封裝外殼上需要留有同外界直接相連的非電信號(hào)通路，譬喻， 33UF 35V，有通報(bào)光、磁、熱、力、化等一種或多種信息的輸入。輸入信號(hào)界臉蛋大，對(duì)芯片鈍化、封裝掩護(hù)提出了非凡要求。某些MEMS的封裝及其技能比MEMS還新穎，不只技能難度大，并且對(duì)封裝情況的干凈度要求到達(dá)100級(jí)。
（3）空間性
為給MEMS可勾當(dāng)部門(mén)提供足夠的勾當(dāng)、可動(dòng)空間，需要在外殼上刻蝕或留有必然的槽形及其他形狀的空間，灌封好的MEMS需要外貌上的凈空，封裝時(shí)能提供一個(gè)十分有效的掩護(hù)空腔。
（4）掩護(hù)性
在晶片上制成的MEMS在完成封裝之前，始終對(duì)情況的影響極其敏感。MEMS封裝的各操縱工序、劃片、燒結(jié)、互連、密封等需要回收非凡的處理懲罰要領(lǐng)，提供相應(yīng)的掩護(hù)法子，裝網(wǎng)格框架，防備可動(dòng)部位受機(jī)器損傷。系統(tǒng)的電路部門(mén)也必需與情況斷絕掩護(hù)， 3.3UF 400V，以免影響處理懲罰電路機(jī)能，要求封裝及其質(zhì)料不該對(duì)利用情況造成不良影響。
（5）靠得住性
MEMS利用范疇遍及，對(duì)其封裝提出更高的靠得住性要求，尤其要求確保產(chǎn)物在惡劣條件下的安詳事情，免受有害情況侵蝕，氣密封裝能發(fā)散多余熱量。
（6）經(jīng)濟(jì)性
MEMS封裝主要回收定制式研發(fā)，現(xiàn)處于初期成長(zhǎng)階段，離系列化、尺度化要求尚遠(yuǎn)。其封裝在整個(gè)產(chǎn)物價(jià)值中占有40％-90％的比重，低落封裝本錢(qián)是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。
總而言之，IC封裝和MEMS封裝這兩者最大的區(qū)別在于MEMS一般要和外界打仗，而IC剛好相反，其封裝的主要浸染就是掩護(hù)芯片與完成電氣互連，不能直接將IC封裝移植于更巨大的MEMS。但從廣義上講，MEMS封裝形式多是成立在尺度化的IC芯片封裝架構(gòu)基本上。今朝的技能大多沿用成熟的微電子封裝工藝，并加以改造、演變，適應(yīng)MEMS非凡的信號(hào)界面、外殼、內(nèi)腔、靠得住性、低落本錢(qián)等要求。

3 MEMS封裝的成長(zhǎng)
MEMS的成長(zhǎng)方針在于通過(guò)微型化、集成化來(lái)摸索新道理、新成果的元器件與系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)一個(gè)新技能規(guī)模和財(cái)富，其封裝就是確保這一方針的實(shí)現(xiàn)，起著舉足輕重的浸染。險(xiǎn)些每次國(guó)際性MEMS集會(huì)會(huì)議城市對(duì)其封裝技能舉辦熱烈接頭，多元化研發(fā)另辟門(mén)路。各類(lèi)改造后的MEMS封裝不絕涌現(xiàn)，個(gè)中較有代表性的思路是涉及物理、化學(xué)、生物、微機(jī)器、微電子的集成微傳感器及其陣列芯片系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)MEMS片上系統(tǒng)后，再舉辦封裝；另一種是將處理懲罰電路做成專(zhuān)用芯片，并與MEMS組裝在同一基板上，最后舉辦多芯片組件MCM封裝、系統(tǒng)級(jí)封裝SIP。在商用MEMS產(chǎn)物中，封裝是最終確定其體積、靠得住性、本錢(qián)的要害技能，等候值極高。
MEMS封裝大抵可分為圓片級(jí)、單片全集成級(jí)、MCM級(jí)、模塊級(jí)、SIP級(jí)等多個(gè)層面。圓片級(jí)給MEMS建造的前、后道工序提供了一個(gè)技能橋梁，整合伙源，具有倒裝芯片封裝與芯片尺寸封裝的特點(diǎn)，對(duì)敏捷易碎的元件、執(zhí)行元件舉辦非凡鈍化掩護(hù)，使其免受有害事情介質(zhì)和潮汽侵蝕，不受或少受其他無(wú)關(guān)因素的滋擾，制止低落精度，完成MEMS芯片與基座（或管殼）的焊接和鍵合；單片全集成級(jí)封裝要對(duì)一個(gè)集成在同一襯底上的微布局和微電路舉辦密封，使之成為一個(gè)可供給用的完整系統(tǒng)產(chǎn)物，尺寸小，內(nèi)部互連長(zhǎng)度短，電氣特性好，輸出／人接點(diǎn)密度高，是MEMS封裝成長(zhǎng)的較抱負(fù)方案；MCM級(jí)將MEMS和信號(hào)處理懲罰芯片組裝在一個(gè)外殼內(nèi)，?；厥粘墒斓牡矸e薄膜型多芯片組件MCM-D、殽雜型多芯片組件MCM-C／D、厚膜陶瓷多芯片組件MCM-C的工藝與布局到達(dá)高密度、高靠得住性封裝，可以充實(shí)操作已有的條件和設(shè)備，別離建造MEMS的差異部門(mén)。這類(lèi)封裝在小體積、多成果、高密度、提跨越產(chǎn)效率方面顯出優(yōu)勢(shì)；模塊級(jí)封裝旨在為MEMS設(shè)計(jì)提供一些模塊式的外部接口，一般分為光學(xué)接口、流體接口、電學(xué)接口，接口數(shù)據(jù)則由總線(xiàn)系統(tǒng)傳輸，從而使MEMS能利用統(tǒng)一的、尺度化的封裝批量出產(chǎn)，淘汰在封裝設(shè)備上的投資，低落本錢(qián)，縮短出產(chǎn)周期，并要求封裝可以向二維空間自由擴(kuò)展和毗連，形成模塊，完成某些成果，擔(dān)保盡大概高的封裝密度；SiP稱(chēng)為超集成計(jì)策，在集成異種元件方面提供了最大的機(jī)動(dòng)性，合用于射頻RF-MEMS的封裝，在今朝的通信系統(tǒng)利用了大量射頻片外分立單位，無(wú)源元件（電容、電感、電阻等）占到射頻系統(tǒng)元件數(shù)目標(biāo)80％-90％，占基板面積的70％-80％，這些可MEMS化來(lái)提高系統(tǒng)集成度及電學(xué)機(jī)能，但往往沒(méi)有現(xiàn)成的封裝可以操作，而SiP是一種很好的選擇，完成整個(gè)產(chǎn)物的組裝與最后封裝。
在MEMS封裝技能中，倒裝芯片互連封裝以其高I／O密度、低耦合電容、小體積、高靠得住性等特點(diǎn)而獨(dú)具特色，可將幾個(gè)差異成果的MEMS芯片通過(guò)倒裝互連組裝在同一塊基板上，組成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。倒裝芯片正面朝下，朝下的光電MEMS可機(jī)動(dòng)地選擇需要吸收的光源，而免受其他光源的影響。研究表白，通過(guò)化學(xué)鍍沉積柔性化凸點(diǎn)下金屬層UBM、焊膏印刷和凸點(diǎn)轉(zhuǎn)移在芯片上形成凸點(diǎn)的這一套工藝的設(shè)備要求不高， 町作為倒裝芯片封裝布局用于力敏MEMS，尤其適合各研究機(jī)構(gòu)為MEMS開(kāi)拓的單件小批量的倒裝芯片封裝。而利用光刻掩膜、電鍍和回流的要領(lǐng)形成凸點(diǎn)的UBM，卻適合家產(chǎn)化大批量出產(chǎn)的MEMS壓力傳感器?；厥盏寡b芯片互連技能的MEMS封裝已取得多方面希望，成為研發(fā)燒點(diǎn)。
在實(shí)際應(yīng)用中，MEMS的封裝大概是回收多種技能的團(tuán)結(jié)。嚴(yán)格地講，有些封裝技能并無(wú)明明的差別和界定，另一些卻與微電子封裝密切相關(guān)或相似，高密度封裝、大腔體管殼與氣密封裝、晶片鍵合、芯片的斷絕與通道、倒裝芯片、熱學(xué)加工、柔性化凸點(diǎn)、準(zhǔn)密封封裝技能等倍受存眷。用于MEMS封裝的質(zhì)料主要有陶瓷、金屬、鑄模塑料等數(shù)種，高靠得住性產(chǎn)物的殼體大多回收陶瓷—金屬、陶瓷—玻璃、金屬—玻璃等布局，各有特點(diǎn)，滿(mǎn)意MEMS封裝的非凡信號(hào)界面、外殼機(jī)能等要求。

4 MEMS封裝的應(yīng)用
MEMS是今世國(guó)際矚日的重大科技摸索前沿陣地之一，新研發(fā)的MEMS樣品不絕被披暴露來(lái)，從敏感MEMS拓展到全光通信用光MEMS、移動(dòng)通信前端的RF-MEMS、微流體系統(tǒng)等信息MEMS。光MEMS包羅微鏡陣列、光開(kāi)關(guān)、可變衰減器、無(wú)源互連耦合器、光交錯(cuò)毗連器、光分插復(fù)用器和波分復(fù)用器等，MEMS與光信號(hào)有著天然的親和力；RF-MEMS包羅射頻開(kāi)關(guān)、可調(diào)電容器、電感器、諧振器、濾波器、移相器、天線(xiàn)等要害元器件；微流體系統(tǒng)包羅微泵、微閥、微殽雜器、微流體傳感器等，可對(duì)微量流體舉辦輸運(yùn)、組分闡明和疏散以及壓力、流量、溫度等參數(shù)的在線(xiàn)測(cè)控。MEMS正處在發(fā)達(dá)成長(zhǎng)時(shí)期，財(cái)富鏈和代價(jià)鏈的形成是需要鏈中各環(huán)節(jié)的配合盡力和密合適作的，封裝不行缺位。

4.1 微加快度計(jì)
MEMS最樂(lè)成的產(chǎn)物是微加快度計(jì)，凡是由一個(gè)懸臂組成，梁的一端牢靠，另一端懸掛著一個(gè)約10μg的質(zhì)量塊，由此質(zhì)量塊敏感加快度后，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)C／V轉(zhuǎn)換、放大、相敏解調(diào)輸出。有的廠(chǎng)家月產(chǎn)達(dá)200萬(wàn)件，研發(fā)出20余種型號(hào)產(chǎn)物，主要用于汽車(chē)安詳氣囊系統(tǒng)和不變系統(tǒng)的慣性丈量，國(guó)際市場(chǎng)年需求量在1億件以上。在市場(chǎng)上較其他類(lèi)MEMS取得貿(mào)易化快速希望的原因是更適宜回收尺度的IC封裝，提供一個(gè)相應(yīng)的微機(jī)器掩護(hù)情況，無(wú)需開(kāi)拓非凡的外殼布局，從XL50圓型陶瓷封裝演進(jìn)到XL276型8腳陶瓷雙列直插式、XL202型14腳陶瓷外貌貼裝式封裝，今朝逐漸被更小的XL202E型8引腳陶瓷外貌貼裝所代替，可耐高溫和強(qiáng)烈的機(jī)器振動(dòng)、酸堿腐化。Low-G系列產(chǎn)物回收風(fēng)行的方形平面無(wú)引腳QFN-16封裝，有的回收16腳雙列直插式或單列直插式塑料封裝。回收MCM技能凡是能在一個(gè)MEMS封裝中納入更巨大的信號(hào)調(diào)理成果芯片。

4.2 微陀螺儀
MEMS微陀螺儀多操作振動(dòng)來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的角速度信號(hào)，正加快研制高精度、低本錢(qián)、集成化、抗高攻擊的產(chǎn)物，研究在芯片上制造光纖陀螺，小批量出產(chǎn)硅MEMS陀螺（俗稱(chēng)芯片陀螺）和MEMS石英壓電速率陀螺，用于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)準(zhǔn)確制導(dǎo)的信號(hào)賠償、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)、航行器、天線(xiàn)不變系統(tǒng)等。有回收無(wú)引線(xiàn)陶瓷芯片載體LCCC封裝、殽雜集成封裝、MCM封裝、單管殼系統(tǒng)封裝的微陀螺儀，將慣性傳感器與節(jié)制專(zhuān)用電路封裝為一體，要求內(nèi)部必需是真氛圍密條件。

4.3 力敏傳感器
　　以MEMS技能為基本的微型化、多成果化、集成化、智能化的力敏傳感器得到貿(mào)易化應(yīng)用。個(gè)中，硅MEMS壓力傳感器的利用最遍及，根基工藝流程分為力敏彈性膜片（硅杯）和組裝兩大進(jìn)程，在紐裝中如何制止附加應(yīng)力的發(fā)生是封裝工藝的要害，回收靜電封接獨(dú)具特色，將力敏彈性膜片與玻璃環(huán)通過(guò)靜電封接機(jī)封接為一體，形成膜片基體，不和接管壓力布局增加膜片的牢靠支撐厚度，然后鍵合內(nèi)引線(xiàn)、粘結(jié)、焊外引線(xiàn)、老化處理懲罰、零點(diǎn)賠償、密封、靜電標(biāo)定等完成整個(gè)封裝進(jìn)程：封裝技能向低溫玻璃封接、激光硅—玻璃封接成長(zhǎng)。

4.4 外貌貼裝麥克風(fēng)
全球首款外貌貼裝Si Sonic微型麥克風(fēng)的部件回收MEMS技能制造，并將其與一個(gè)CMOS電荷泵IC、兩個(gè)RF濾波電容集成在一個(gè)封裝中，構(gòu)成一個(gè)外貌貼裝器件。這種外貌貼裝的封裝形式適合大批量自動(dòng)裝配出產(chǎn)，出產(chǎn)效率極大提高，而今朝回收傳統(tǒng)電容式麥克風(fēng)ECM是手工貼裝，缺乏局限經(jīng)濟(jì)性。前者總體只有ECM的一半巨細(xì)，投影面積是更小的8．61mm2，有望代替一直在便攜式應(yīng)用中占主導(dǎo)職位的ECM。

4.5 數(shù)字微鏡器件
數(shù)字微鏡器件DMD（DIGITAL Micromirror DEVICE）主芯片含有高出150萬(wàn)個(gè)能被準(zhǔn)確節(jié)制、獨(dú)立動(dòng)彈的微鏡，可用于光通信及數(shù)字投影裝置、背投彩電等，其成像道理是由微鏡±10°的動(dòng)彈節(jié)制光信號(hào)通斷，透鏡成像并投影到屏幕上，優(yōu)勢(shì)是光效高、色彩富厚傳神、亮度易作到2000流明甚至更高、比擬度2000：1、靠得住性好、平均壽命約為50年，現(xiàn)銷(xiāo)售量高出300萬(wàn)套。DMD回收帶有透明窗口的密封封裝形式，用陶瓷作為基底，玻璃作為窗口，同時(shí)利用了吸氣劑，去除大概會(huì)對(duì)器件靠得住性造成危害的濕氣、氫以及其他一些物質(zhì)微粒，其封裝可以或許擔(dān)保器件內(nèi)干燥、密封并有一個(gè)透明的窗口確保光路的流暢。

4.6 MEMS光開(kāi)關(guān)
用MEMS技能建造的光開(kāi)關(guān)是將光機(jī)器布局、微制動(dòng)器、微光元件在同一基底上集成，具有傳統(tǒng)光機(jī)器開(kāi)關(guān)和波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)，二維和三維MEMS光開(kāi)關(guān)已有貿(mào)易化的產(chǎn)物面世，開(kāi)展對(duì)一維的研究，多回收組件或斷絕密封式、模塊形式封裝，其典范代表為MEMS-5200系列互換模塊。有些產(chǎn)物可以或許接管來(lái)自數(shù)十條光纖的輸入信號(hào)，并可將其路由到其他幾百條光纖中去，回收這種產(chǎn)物的主要來(lái)由是制止耗費(fèi)昂貴、且難處理懲罰的大量光—電轉(zhuǎn)換和電—光轉(zhuǎn)換，要到達(dá)這一目標(biāo)，就要求，于關(guān)與光纖以及其他器件之間舉辦幾百次甚至幾千次的毗連，回收同光纖相適應(yīng)的封裝，封裝及討論技能甚至比MEMS還新穎，并要盡大概減小溫度、濕度、振動(dòng)以及其他情況因素對(duì)封裝光開(kāi)關(guān)的影響。MEMS光開(kāi)關(guān)市場(chǎng)上尚缺乏配合的封裝技能尺度，因批量小、技能難度大而價(jià)值出格昂貴，封裝工藝、封裝質(zhì)料、機(jī)能測(cè)試等的不絕改造是熱點(diǎn)存眷的話(huà)題。封裝技能還需要更大的成長(zhǎng)，才氣充實(shí)浮現(xiàn)出MEMS光開(kāi)關(guān)在全光網(wǎng)中可擴(kuò)展地完成各類(lèi)光互換的要害浸染的特性。

4.7 RF-MEMS
RF-MEMS可補(bǔ)充CMOS工藝的不敷，MEMS技能建造的無(wú)源元件有益于系統(tǒng)集成度與電學(xué)機(jī)能的提高、本錢(qián)低落，成為國(guó)際頂級(jí)半導(dǎo)體廠(chǎng)商拓展硅芯片應(yīng)用范疇的研發(fā)偏向。RF-MEMS開(kāi)關(guān)的實(shí)用化得到相當(dāng)大的希望，往往沒(méi)有現(xiàn)成的封裝可以直接利用，因而需尋求辦理方案，SIP首當(dāng)其沖。SIP從RF-MEMS設(shè)計(jì)階段即思量封裝問(wèn)題，無(wú)源元件的集成方法、封裝布局的設(shè)計(jì)、封裝工藝流程、系統(tǒng)內(nèi)芯片間的互連、封裝質(zhì)料的選擇等尤為要害。SIP中內(nèi)含外貌安裝器件、集成式無(wú)源元件、存儲(chǔ)器芯片、CMOS芯片、GaAs高機(jī)能功率放大器，在基板上可用高密度互連技能建造掩埋式無(wú)源元件、傳輸線(xiàn)等，簡(jiǎn)化系統(tǒng)布局，低落寄生效應(yīng)與損耗，提高應(yīng)用頻率范疇，縮短產(chǎn)物開(kāi)拓時(shí)間。

5 竣事語(yǔ)
MEMS以及微光電子機(jī)器系統(tǒng)MOEMS、納米電子機(jī)器系統(tǒng)NEMS的研發(fā)為新的技能革命提供了大量機(jī)會(huì)。差異的MEMS要求詳細(xì)相應(yīng)的封裝布局，封裝技能的特異性高，激發(fā)出大量的封裝問(wèn)題亟待辦理。據(jù)海外權(quán)威統(tǒng)計(jì)公司SPC的統(tǒng)計(jì)，海內(nèi)MEMS的研究處于世界前八位，可批量出產(chǎn)MEMS力敏傳感器，研制樂(lè)成MEMS光開(kāi)關(guān)、RF-MEMS開(kāi)關(guān)、微流體系統(tǒng)等多種道理樣品，從總體程度上看，與海外的差距主要表此刻財(cái)富化技能上。選擇一些應(yīng)用量大、面廣的MEMS及其封裝作為成長(zhǎng)和市場(chǎng)切人點(diǎn)，形成財(cái)富，滿(mǎn)意市場(chǎng)需求，為成長(zhǎng)其他MEMS打下基本、探索出紀(jì)律，這樣就樂(lè)成了一半。沒(méi)有一項(xiàng)MEMS的研發(fā)會(huì)漠視封裝技能，沒(méi)有封裝的跟進(jìn)是不現(xiàn)實(shí)的。
從海外成長(zhǎng)趨勢(shì)看，MEMS的封裝種別一般都沿用已經(jīng)尺度化的IC封裝布局形式，可能加以改造來(lái)適應(yīng)MEMS要求，力圖回收更多的現(xiàn)有IC封裝架構(gòu)實(shí)現(xiàn)MEMS的封裝?；厥招滦头庋b布局及其技能，成立MEMS封裝單位庫(kù)，注重本錢(qián)的新封裝布局與MEMS研發(fā)之間的進(jìn)一步整合，成為另一個(gè)成長(zhǎng)趨勢(shì)。
在MEMS問(wèn)題上，若就其封裝展開(kāi)充實(shí)的探討，則各有各的方法，市場(chǎng)競(jìng)賽要選擇對(duì)路產(chǎn)物，在市場(chǎng)引導(dǎo)下組建起MEMS的完整財(cái)富鏈?zhǔn)侵档玫群虻摹?br />