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MEMS封装技术的研究 摘要：介绍微机电系统（Micro Electromechanical System，英文缩写成MEMS）封装技术， MEMS 器件的真空封装是整个工艺过程中的难点， 封装的质量决定着整个器件的质量和使用寿命。从特殊的信号界面、立体结构、外壳、钝化和可靠性五个方面总结了M E M S 封装的特殊性。重点介绍倒装芯片技术(FCT )、上下球栅阵列封装技术（TB-BGA）和多芯片封装技术（MCMs）三种很有前景的封装技术的特点，并且对MEMS封装的发展趋势进行分析。 1.引言： MEMS是20世纪末兴起的、21世纪初开始快速发展的高科技技术，是微电子学与微机械学相互融合的产物，它将集成电路制造工艺中的硅微细加工技术和机械工业中的微机械加工技术结合起来，制造出机、电一体甚至光、机、电一体的新器件。经过十几年的发展，M E M S 芯片已经相当成熟, 但是很多芯片却没有作为产品得到实际应用，其主要原因是没有解决封装问题。事实上只有已封装的M E M S 器件才能成为产品，才能投入使用，否则只能停留在实验室阶段。目前，国内M E M S 封装技术明显落后于M E M S 芯片研究，必须重视和积极发展MEMS 封装技术，尽快开发低成本、高性能的封装方法，否则它将成为制约MEMS发展的瓶颈。 2.MEMS封装的特殊性: 导致MEMS 封装技术落后的原因主要有两个：一是过去国内对它不够重视；二是MEMS 封装难度较大。目前的MEMS 封装技术大都是由集成电路封装技术发展和演变而来的，但是与集成电路封装相比却有很大的特殊性，不能简单将集成电路封装直接去封装M E M S 器件。MEMS封装的重要目的是确保系统在相应的环境中更好的发挥其功能。为了达到这一点，封装形式应保证其良好的机械性能与热传递性能、优良的电气联结性能和长期工作的稳定性，只有这样，才能保证MEMS的正常应用。目前的MEMS封装技术大都是由微电子（集成电路）封装技术发展演变而来，但是和微电子封装又有着很大的差别。微电子封装已经有明确的封装规范，而MEMS因为使用的特殊性和复杂性，使它的封装不能简单地套用微电子封装技术。MEME的封装成为MEMS技术的发展的一个难点。 2.1 信号界面 普通集成电路的信号界面较单一，通常只有电信号，所以一般情况下，芯片本身都被密封在封装体里，封装的作用主要就是保护芯片和完成电气互连。而M E M S 的输入信号界面复杂，它的输入信号有电信号，根据芯片作用的不同，也有光信号（ 光电探测器）、磁信号（ 磁敏器件），还有机械力的大小（压力传感器）、温度的高低（温度传感器）、气体的成分（敏感气体探测器）等，这种复杂的信号界面给封装带来很大的难度。 2.2 外壳要求 因为大多数MEMS 器件的外壳上需要有非电信号的通路，所以它不能简单地把MEMS 芯片密封在封装体里，必须留有同外界直接相连的通路，用来传递光、热、力等物理信息。对这种MEMS 封装，不同的器件需要不同开口的外壳。除此以外，外壳材料本身也有要求，像磁敏M E M S 器件，虽然可以密封在管壳里，但是它要求外壳必须是非导磁材料，常见的用铁镍合金作为引线框架的管壳就不能使用；像微麦克风M E M S 器件则要求外壳既有开口，可以接受外界的声音，又能屏蔽电磁干扰信号，以避免其对微弱的麦克风输出信号的干扰，所以普通的塑料封装就不适用。 2.3 立体结构 IC芯片是用平面工艺完成的，加工好的芯片本身是一个“实心体”。除了空封的金属、陶瓷管壳封装外，对于塑封的集成电路，即使引线键合时有几十、几百根引线是悬空的，但是经过塑料包封后，管芯、引线和引线框架都被环氧树脂固化成一个整体。而M E M S 芯片则完全不同，有的带有腔体，有的带有悬梁，这些微机械结构的尺寸很小，强度极低，容易因机械接触而损坏和因暴露而沾污，特别是单面加工的器件，是在很薄的薄膜上批量加工的，结构的强度就更低，它能承受的机械强度可能远远小于IC 芯片。 2.4 钝化要求 封装的一个重要作用就是保护芯片，而很多情况下需要腔体开口的MEMS 封装就面临一个如何保护芯片的问题，外界环境因素对器件的作用更为明显。有的MEMS 器件甚至要直接用于腐蚀性环境，如用于医学的MEMS 器件，可能要进入人体这个酸性环境，它就需要特殊的保护以抗酸性腐蚀；有的气敏M E M S ，既需要做到让敏感气体进入，还要阻止有害气体的侵蚀；飞机上的动态参数记录仪（黑匣子）则要求能经得住海水的浸泡等。这些都对芯片的钝化提出了特殊的要求。 2.5 可靠性要求 随着科技的发展， MEMS器件的使用范围越来越广，对它的要求也越来越高，尤其是可靠性问题，比如军事和航天应用中的导弹、卫星携带设备，可靠性差将带来严重的后果。即使在民用方面，M E M S 器件的可靠性