MEMS应用选编.pptVIP

6.2 MEMS的封装 制造中：成品率低，封装成本一般占总成本的80% 使用中：失效主要原因 环境通路（接口）、与外界的通道 对应用环境的影响、受不利环境的影响 应力问题 电源 重要性 封装要求 与IC对比的特殊性 封装对象结构复杂——三维几何构型 保护芯片的问题——敏感元件等需与工作介质接触 复杂的信号界面 留有同外界直接相连的通路 失效几率高，可靠性要求更高 1、封装设计 MEMS封装的3个级别 需要考虑的问题 环境影响 工艺失效 成本 芯片级封装 保护——芯片破裂、元件 受力、电路短路 芯片上电、磁、机隔离 引线键合可靠 要求 包含 ——MEMS器件+引线 器件级封装 ——接口 位置尺寸关系合理 应对内部环境、进入内部的外界媒介 包含 要求 ——MEMS芯片+直接信号调节和处理电路 系统级封装 包含 ——MEMS器件+主要信号处理电路 屏蔽——电磁、振动、热 安装位置关系精确 接口顺畅 要求 2、封装工艺 1）表面结合 作用——组装、振动隔离、密封 粘接 钎焊 键合 简易方便成本低 连接强度、可靠性差 环氧树脂——受热环境影响大 硅橡胶——不适合于高压应用 化学惰性、密封性 提高温度时容易发生蠕变 阳极键合——硅片与玻璃/石英衬底，密封、便宜 硅熔融键合（SFB）——两个硅晶片之间 绝缘硅（SOI）——硅-非结晶质材料（如SiO2） 低温表面键合与剥离——中间薄膜层作用 2）引线键合 区别——前为面键合，此为点键合 引线材料 ——主要金或铝，其他铜、银、钯 工艺参数 通常速度每秒钟10个线点 引线直径25 -75 μm 热压键合 键合装置——毛细管劈刀 楔压键合——压力、热结合作用 作用点——芯片压点、引线框内端电极 超声键合 压力、超声摩擦结合作用 优点——不加热底座、可形成不同金属之间的键合 热超声球键合 金丝端部先融化成小球，再压力、超声摩擦结合作用 优点——连接尺寸控制极佳 3）微密封工艺 微壳密封 反应密封技术 4）先进封装——倒装焊 概念 ——在芯片有源面的铝压焊块上做凸焊点，然后将芯片倒扣，直接与基板连接 优点 实现圆片级芯片尺寸封装（WLP-CSP） 与基板直接相连——缩小器件的体积、重量 焊球阵列（BGA）凸点可以布满整个管芯——增加了I/O互连密度—— “连线”的缩短——引线电感电容小、串扰弱，信号传输时间短 实例 倒装焊封装的微麦克风 焊球阵列Ball grid array (BGA) 4）先进封装——多芯片封装（MCP） 减小器件体积，小型化 缩短信号从信号芯片到驱动器或执行器的距离，减小信号衰减和外界干扰的影响 目的 实例 加速度微传感器的封装 比小芯片分别封装更容易 提高封装可靠性 提高封装密度、生产效率 其他优点 4）先进封装——多芯片封装（MCP） Multichip module (MCM) 4）先进封装——模块式封装（MOMEMS） ——降低封装成本、缩短研发时间、使用便利 目的 采用总线方式 方法 ——形成系列化、标准化封装 5）插装元器件的结构 ——降低封装成本、缩短研发时间、使用便利 分类 外观 金属封装/陶瓷封装——气密性，可靠性高 塑料封装——非气密性，简单、低廉、大批量 金属外壳封装——抗电磁干扰 圆柱形外壳封装（TO） 矩形单列直插式封装（SIP） 双列直插式封装（DIP） 针栅阵列式封装（PGA） 3、封装基片材料 导热性能 线膨胀系数（与硅和砷化镓匹配） 高频特性（低介电常数、介质损耗） 电绝缘性能 机械性能 化学性质稳定（抵抗应用与工艺腐蚀） 加工性 成本 对基片材料的要求 陶瓷 1、三氧化二铝陶瓷 ——占陶瓷基片材料的90% ——热导率不足以满足大功率集成电路应用 导热性能 线膨胀系数 高频特性 电绝缘性能 机械性能 化学性质稳定 加工性 成本 2、氮化铝陶瓷 ——高热导率（为三氧化二铝5倍以上），适用于高功率 ——制备工艺复杂，成本高 3、氧化铍陶瓷 ——高导热、理想高频特性（适合上天电子设备） ——工艺毒性，成本高 环氧玻璃 ——特别适合引脚封装，特别是塑料、大批量封装。常用于单层、双层或多层印制板 导热性能差 线膨胀系数一般 高频特性一般 电绝缘性能一般 机械性能 化学性质稳定 加工性 成本低廉 ——环氧树脂和玻璃纤维为基础材料的复合材料 金属 最常用铝 热导率很高/重量轻/价格低/易加工 线膨胀系数匹配性差 铜类似 很低线膨胀系数 良好的焊接性 导热能力较差 镍铁合金/ 铁镍钴合金 钨和钼 线膨胀系数匹配性很好 导热性好 与硅可焊性差、连接工艺复杂且可靠性差 密度大，不适合上天产品 价格昂贵 ——半导体硅片的支撑材料 ——小功率整