2.1封装类型
由于MEMS的多样性,各类产品的使用范围和应用环境存在不小差异,其封装也没有一个统一的形式,应根据具体的使用情况选择适当的封装,其对封装的功能性要求则比IC封装多。MEMS封装的基本类型可以按照如下图表进行分类
图3 MEMS芯片封装分类
所谓气密封装是指选用的封装材料能对器件进行隔离保护,而且能阻止外界气体和水汽进入封装腔体,可以采用管壳内部充入惰性气体或者进行真空封装;非气密封装是指保护材料是漏气的。
2.2 MEMS封装要求
在MEMS产品中,MEMS封装包括:完成器件后的划片,检测和后测试,封装结构和形式,以及由封装引起的机械性能变化,化学沾污,热匹配,真空或密闭气氛对器件可靠性,重复性的影响。封装必须从器件设计开始就应该考虑,并且一定要与具体工艺相结合。因此MEMS 对封装的需求是多方面的。
1)机械支持
MEMS器件是易损器件,需要机械支撑来保护器件在运输,存储和工作时,避免热和机械冲击,振动和加速度,灰尘等带来的物理损坏。
2)环境隔离
环境隔离有两种功能,一种是仅仅的机械隔离,保证机械强度避免机械损坏。一种是气密或非气密保护。对于一些可靠性和器件性能要求严格的器件需要采用气密性封装。防止器件在环境中受到化学腐蚀和物理损坏,同时在制造和密封时要防止湿气可能被引进到封装腔体内。
3)提供与外界系统和媒质的接口
提供器件及系统与外界的主要接口,外壳必须完成电源,信号等电连接,同时大部分新品还要提供与外界媒质的接口
4)散热通道
对于高功率,高集成度封装MEMS芯片器件,在封装设计时,封装外壳必须能提供足够的热传输通道。
5)低应力
在MEMS器件中,用三维加工技术制造微米或纳米量级尺度的零件或部件,如悬臂梁,微镜,深槽,扇片等,高精度,但是十分脆弱,因此封装应产生的应力小于器件可承受的范围。
6)高真空
例如对于阵列红外悬梁臂器件,封装内部器件之间热隔离, 就需要高的真空度。对于一些可运动的MEMS器件,需要高真空来保证其部件运动过程中减小或者消除阻力,达到长期可靠的工作目标。
7)高气密性
对于红外悬梁臂器件高的稳定的气密性条件下才能保证可靠长期的工作。
8)高隔离度
高的隔离度避免外界的干扰,尤其射频器件。
9)特殊的传感交互
例如红外悬梁臂器件需要通过高的透光窗口接收外界的光信号。
正是MEMS器件这些特殊的要求,大大增加了封装的难度和成本,封装称为MEMS发展的瓶颈,严重制约着MEMS技术的迅速发展和广大应用。一般的MEMS封装比集成电路封装昂贵的多,同时在MEMS产品的制造过程中,封装往往智能单个进行而不能大批量同时生产,因此封装在MEMS产品的总成本中一般占据70~80%,
2.3 MEMS壳体封装基本工艺流程
各类传统封装形式的工艺流程后得到的传统管壳器件封装流程
图4 传统管壳类MEMS器件封装流程图