MEMS的封装.ppt

* * 先进封装技术 MEMS 概述 微机电系统（Microelectromechanical Systems，缩写为MEMS）是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米范围内。比它更小的，在纳米范围的类似的技术被称为纳机电系统（美国称谓）。 欧洲：MST即微系统技术； 日本：微机械技术（micro-machine）；  MEMS制作技术 日本：微机械加工方法-大机器制造小机器； 德国：LIGA技术-利用X射线光刻技术通过电铸成型和塑铸成型的深层微结构方法； 美国化学刻蚀对Si材料进行加工而成的MEMS器件. MEMS应用区域 作为微电子学与微机械学相 互融合的产物，微机械电子 系统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、电成一体 甚至光、机、电成一体的新 器件，有着广阔的应用前 景，例如现在一些新型的小 轿车中，已装有多种MEMS 器件，像温度传感器、压力 传感器、加速度计、尾气探 测器和各种控制器等。 MEMS Structures IBM MEMS DNA Detector Electrostatic Relay - UW MEMS封装的重要性 只有经过封装的MEMS器件才能真正称其为产品，才能 投入使用，否则只能称作“MEMS芯片”； 目前，很多成功的MEMS芯片没有作为产品得到实际应 用的主要原因就是MEMS的封装技术滞后于器件研究； MEMS封装技术的发展将直接影响到MEMS产品的进一 步发展和进入市场。 MEMS封装的成本 MEMS封装是MEMS系统成本的60￣90%！ MEMS封装基本概念 MEMS的制备很多借助于IC的平面制作工艺， MEMS封装的基本技术借助于传统的IC封装技术，包括外壳/基板的材料选择、封装型式、互连技术、可靠性考虑等等。 MEMS封装： – 包含电、机械部件 – 与外界的互连 – MEMS芯片的保护 系统的概念 MEMS封装的功能 具有IC封装的基本功能 – 机械支撑 – 环境保护 – 电连接 – 散热 机械支撑 MEMS的本质是机械运动，所以封装和保护首先考虑的问题包 括机械震动与冲击、加速度、颗粒以及避免各种物理损伤。 封装引起的机械应力以及对MEMS功能的影响随应用而不同。 封装外壳/基板的热膨胀系数是封装中需要重点考虑的因 素。 – 其他材料特性如热、电、抗腐蚀等 侧壁和盖板的引入 环境保护及电连接 非传统的密闭封装，只是“housing”以避免外界的损伤。 环境腐蚀取决于MEMS中的材料 Al易于腐蚀，Au难以腐蚀 水汽是考虑的重点因素 系统集成导致了电信号传输的问题，尤其对于RF信号。 理想的零损耗是无法达到的。 引线键合和倒装焊技术。 散热 热阻必须减小 – 基板、芯片粘接层、外壳 – 热导率和厚度 – 薄、良好键合 MEMS封装技术的特殊性 – 特殊的信号界面（包括电、光、磁、机械 力、温度、……多种输入信号） – 特殊的外壳要求（简单的密封已经不再适应，需要考虑不同的应用） – 特殊的立体结构（非平面工艺，腔体、悬梁、薄膜、……） – 特殊的芯片钝化要求 – 特殊的可靠性要求 Packaging Challenges MEMS devices can be very fragile pre-package handling concerns more protection by package Most require hermetic package MOEMS (later) requires a window controlled atmosphere. Biggest challenge: cost-effective, high volume packaging MEMS封装的类型 MEMS封装的三个基本考虑因素： – 成本、性能和可靠性 每一种MEMS器件均需要特别的封装。 基本的分类（与IC封装类似） – 金属封装 – 陶瓷封装 – 塑料封装 – 多层薄膜封装 微麦克风金属封装 从单一管芯封装到系统封装 RF-MEMS封装 – 应用新型封装技术（如倒装焊） – 走系统封装的路 宽禁带半导体应用领域宽广，未来有望全面取代传统半导体。(1)耐高温使得宽禁带半导体可以适用于工作温度在650℃以上的军用武器系统和航空航天设备中;(2)大功率在降低自身功耗的同时提高系统其它部件的能效，可节能20%-90%;(3)高频特性可以极大的提高雷达效率，在维持覆盖的前提下减少通信基站的数量，更可以实现更高速IC芯片的制造;(4)宽禁带使得高亮度白光LED照明成为可能，同时可降低电力损耗47%;(5)抗辐射可以减少设备受到的干扰，延长航空航天设备