用于大批量產(chǎn)品的微機電系統(tǒng)封裝

微機電系統(tǒng)（MEMS）是一種使能技術(shù)。它將半導(dǎo)體技術(shù)的多功能性與機械結(jié)構(gòu)的功能融為一體，開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。MEMS技術(shù)使智能手機能夠提供方向，或健身追蹤器來檢測我們何時跑步，坐著或睡覺。但是，MEMS技術(shù)可以做的不僅僅是“感覺”。它可以作為系統(tǒng)的輸入，或輸出（執(zhí)行器）和控制或反饋回路的組成部分。

例如，隨著5G的推出，對基于MEMS的RF濾波器的需求預(yù)計將增加，因為它們可以在插入損耗和可以處理的功率方面提供更高的性能。Yole Developmentpement SA等分析師預(yù)計，在2018年至2023年期間，MEMS RF濾波器市場的增長速度將遠遠高于其他市場（包括用于消費應(yīng)用的傳感器）。

該技術(shù)是指具有1至100微米特征的結(jié)構(gòu)（小于1微米的物體被稱為納米機電系統(tǒng)或納米技術(shù)）。

這種規(guī)模的物體可以在機械意義上做任何有用的工作的想法可能很難接受，但許多支撐電子學(xué)的原理都沒有問題縮小到這個水平。這包括電容、電感、磁性和光學(xué)器件。當(dāng)與形成可移動物體的能力相結(jié)合時，就更容易想象微鏡如何偏轉(zhuǎn)通信設(shè)備中的光，或者可以在RF濾波器中調(diào)節(jié)可變電容器。

可以利用由微型電機形成的致動器來利用磁性，膨脹甚至蒸汽對電子元件進行物理調(diào)整。微型斯特林發(fā)動機已經(jīng)在MEMS設(shè)備中制造，這些設(shè)備執(zhí)行物理工作，例如，使用電力加熱在活塞內(nèi)膨脹的流體。

用于制造MEMS器件的基本制造工藝基于半導(dǎo)體制造。這并非偶然。所有半導(dǎo)體均采用沉積和光刻相結(jié)合的方式制造。大多數(shù)被認(rèn)為是平面設(shè)備。它們的特征（晶體管）延伸到襯底的X軸和Y軸上。一些功率器件，稱為溝槽晶體管，以某種方式延伸到Z軸。MEMS將這一概念進一步分為兩個階段，通過使用與沉積材料有選擇地去除材料，然后使這些結(jié)構(gòu)能夠物理移動相同的過程來創(chuàng)建3D結(jié)構(gòu)。

傳感器仍然是MEMS市場的重要組成部分，在這里，移動元件通常是隔膜，其運動調(diào)節(jié)材料的電阻或電容特性。在MEMS麥克風(fēng)的情況下，運動將由調(diào)制聲波引起，但在壓力傳感器中使用相同的原理。其他類型的環(huán)境傳感器，如濕度和溫度，通過檢測由于被測介質(zhì)而導(dǎo)致的沉積材料中電容和/或電阻的變化來工作。

運動感應(yīng)已經(jīng)徹底改變了消費類設(shè)備，也正在應(yīng)用于其他垂直行業(yè)，如汽車、醫(yī)療和工業(yè)行業(yè)。在MEMS器件中，運動通常被檢測為質(zhì)量的位移，通過小柱子或其他形式的系繩附著在主基板上。通過這些系繩傳遞到基板的運動導(dǎo)致電容或電阻的變化，這與上述相同。

微機械機器包括執(zhí)行器，使用變速器，棘輪和其他形式的機械元件將小規(guī)模運動轉(zhuǎn)化為有用的工作。微流體致動器現(xiàn)在通常用于噴墨打印機以沉積少量墨水。微型泵和微型閥門用于控制納米或皮升的體積。同樣的技術(shù)被用來創(chuàng)建所謂的“芯片實驗室”，這正在徹底改變生物學(xué)研究和分析領(lǐng)域。

將微機電系統(tǒng)推向大批量生產(chǎn)

分析師聯(lián)合市場研究預(yù)測，到2026年，全球MEMS市場的價值將超過1220億美元。這要歸功于2019年至2026年間11.3%的復(fù)合年增長率。隨著平均銷售價格的下降，未來幾年將出貨的MEMS器件數(shù)量顯然正在顯著增加。

這一增長歸因于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴技術(shù)、智能耗材等大趨勢的影響，以及自動駕駛汽車和汽車行業(yè)的新興需求。除此之外，預(yù)計制造工藝領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)積極的發(fā)展，從而提高可靠性。

包裝是制造過程的關(guān)鍵部分。對于大多數(shù)MEMS器件，包括慣性、壓力和溫度傳感器，最常見的封裝類型是腔體封裝。這提供了敏感的機電基板所需的保護，同時保持封裝和基板之間的物理空間。

然而，腔體封裝最初是與早期的MEMS活動相關(guān)的，當(dāng)時的重點是性能，而不是大批量。因此，并非所有MEMS的腔體封裝對于大批量生產(chǎn)都是具有成本效益的。

UTAC提供腔體蓋包裝技術(shù)，該技術(shù)是為支持批量生產(chǎn)而開發(fā)的。這包括能夠為應(yīng)用和所使用的電鍍類型選擇最合適的材料。UTAC提供的蓋子連接技術(shù)支持金屬，玻璃和塑料材料，以及多芯片配置。這延伸到精確的單芯片和多芯片連接需求。

由于MEMS包含必須自由物理移動的部件，因此其封裝必須包含可用空間。它們相對脆弱的性質(zhì)也使它們在封裝過程和所用材料期間常規(guī)半導(dǎo)體芯片可以承受的應(yīng)力方面處于劣勢。例如，裸片涂層必須對MEMS的需求敏感，同時仍能提供保護。降低應(yīng)力，MEMS器件在后端組裝過程中暴露在外，將提高產(chǎn)量并最大限度地延長其工作壽命。

隨著可穿戴設(shè)備等應(yīng)用的需求，對更小的MEMS元件的需求也在增加。結(jié)果是包裝內(nèi)的空腔（可以被認(rèn)為是受控的氣氛）也變得越來越小。這更加強調(diào)了對高質(zhì)量和可靠包裝技術(shù)的需求，重點是選擇能夠為包裝設(shè)計、制造、裝配和測試階段提供全面方法的合作伙伴。

除了封裝成品芯片外，UTAC還為MEMS器件的制備提供一系列服務(wù)。這包括晶圓變薄等工藝，這在后端組裝階段成型芯片時是必不可少的，引線鍵合和壓縮成型以降低應(yīng)力。用于模具貼裝和模塑料的低應(yīng)力材料在這里是必不可少的，并且代表了UTAC提供的另一個專業(yè)領(lǐng)域。

微機電系統(tǒng)器件的封裝類型

在小批量或利基應(yīng)用中，包裝格式的選擇不如設(shè)備的性能重要。然而，通過轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化的包裝輪廓，制造商可以期望大批量生產(chǎn)的更高產(chǎn)量和更高的可靠性。這是供應(yīng)商現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)，也是外包半導(dǎo)體組裝和測試提供商（如UTAC）正在集中精力的領(lǐng)域。

UTAC能夠以標(biāo)準(zhǔn)格式提供微機電系統(tǒng)封裝，包括通用質(zhì)量組、量子組和SOIC。帶蓋的型腔 LGA、包模 LGA 和陶瓷型腔 QFN 也是如此。所有這些封裝類型現(xiàn)在都在大批量生產(chǎn)，具有各種主體尺寸和電線類型，以及不同的外形尺寸。

UTAC的研發(fā)團隊在滿足客戶要求方面擁有豐富的經(jīng)驗，同時遵守最佳實踐以確保高可靠性。UTAC目前正在生產(chǎn)的各種MEMS器件都表明了這一點。這些器件包括振蕩器、射頻調(diào)諧器和用于檢測運動的傳感器。還包括磁力計、加速度計和陀螺儀等方向，以及包括壓力和溫度在內(nèi)的環(huán)境傳感器。

隨著MEMS解決方案進入更高的產(chǎn)量，使用正確的OSAT將變得更加重要。UTAC為MEMS封裝設(shè)計、組裝和測試提供全方位服務(wù)，制造商在選擇值得信賴的OSAT合作伙伴時，具有制造商所尋求的專業(yè)知識和經(jīng)驗。

審核編輯：郭婷