MEMS封裝的四大條件 關(guān)于MEMS后端封裝問題

盡管MEMS前端的制造讓人頭疼，但后端的封裝卻值得一喜，國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈后端的封裝整體來說還是較為完善。最佳的封裝無疑可使得MEMS器件發(fā)揮出更好的性能。通常而言，MEMS封裝應(yīng)滿足以下條件：一、可提供一個(gè)或多個(gè)環(huán)境通路;二、封裝導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)該盡量小;三、封裝及材料最好不對(duì)環(huán)境造成不良影響;四、應(yīng)不對(duì)其他器件造成不良影響;五、必須提供與外界通路。

據(jù)了解，國內(nèi)廠商華天科技、長電科技同樣在MEMS封裝方面表現(xiàn)出強(qiáng)悍的實(shí)力。長電科技更是號(hào)稱已經(jīng)擁有了大量的平臺(tái)，足以應(yīng)付所有主流的封裝。其實(shí)在多年前，長電科技就已經(jīng)準(zhǔn)備將IC封裝能力部分轉(zhuǎn)移到MEMS封裝方面，蘇州晶方半導(dǎo)體更是國際上一流的MEMS封裝廠商。

王懿對(duì)記者稱，國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈后端封裝較為完善，其原因在于國內(nèi)的封裝技術(shù)起步較早，而MEMS器件的封裝則可以參考或借鑒IC封裝。他說：“其實(shí)很多企業(yè)，尤其是MEMS麥克風(fēng)企業(yè)，早期的商業(yè)模式就是購買國外裸片(前端工藝完成后的產(chǎn)品)，自己做后端封裝和測試。”

當(dāng)然，盡管MEMS器件的封裝技術(shù)可以借鑒IC制造，兩者有相似之處，但兩者之間還是有很大的區(qū)別。MEMS是一種三維的機(jī)械結(jié)構(gòu)，而IC則是平面結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致MEMS封裝與IC封裝存在諸多不同。

王懿表示：“兩者在專用性、復(fù)雜性、保護(hù)性及可靠性等多方面存在差異?！睋?jù)他介紹，在專用性方面，MEMS中通常都有一些可動(dòng)部分或懸空結(jié)構(gòu)、硅杯空腔、梁、溝、槽、膜片，甚至是流體部件與有機(jī)部件，基本上是靠表面效應(yīng)工作的。封裝架構(gòu)取決于MEMS器件及用途，對(duì)各種不同結(jié)構(gòu)及用途的MEMS器件，其封裝設(shè)計(jì)要因地制宜，與制造技術(shù)同步協(xié)調(diào)，專用性很強(qiáng)。

在保護(hù)性方面，MEMS器件對(duì)環(huán)境的影響極其敏感，因此對(duì)其的保護(hù)要求也比IC要高。MEMS封裝的各操作工序、劃片、燒結(jié)、互連、密封等需要采用特殊的處理方法，提供相應(yīng)的保護(hù)措施，防止可動(dòng)部件受機(jī)械損傷。系統(tǒng)的電路部分也必須與環(huán)境隔離保護(hù)，以免影響處理電路性能，要求封裝及其材料不應(yīng)對(duì)使用環(huán)境造成不良影響。

同時(shí)，兩者的復(fù)雜程度也不一樣，整體而言，MEMS封裝要比IC封裝更加復(fù)雜。比如說，根據(jù)應(yīng)用的不同，多數(shù)MEMS封裝外殼上需要留有同外界直接相連的非電信號(hào)通路，例如，有傳遞光、磁、熱、力、化等一種或多種信息的輸入。輸入信號(hào)界面復(fù)雜，對(duì)芯片鈍化、封裝保護(hù)提出了特殊要求。再者如在光學(xué)MEMS器件中，由于沖擊、震動(dòng)或熱膨脹等原因而產(chǎn)生的封裝應(yīng)力會(huì)使光器件和光纖之間的對(duì)準(zhǔn)發(fā)生偏移。在高精度加速度計(jì)和陀螺儀中，封裝需要和MEMS芯片隔離以優(yōu)化性能。

隨著MEMS器件應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，其應(yīng)用場景對(duì)MEMS封裝的可靠性要求也隨之提高，這致使MEMS封裝的可靠性同樣比IC封裝要求高。王懿稱：“MEMS使用范圍廣泛，對(duì)其封裝提出更高的可靠性要求，尤其要求確保產(chǎn)品在惡劣條件下的安全工作，免受有害環(huán)境侵蝕，氣密封裝能發(fā)散多余熱量。”因此，提高M(jìn)EMS封裝的可靠性十分重要。

記者還從陳杰處得知，MEMS封裝一般不是一種通用的封裝形式，因產(chǎn)品而異。因此，想要提高M(jìn)EMS封裝可靠性，還是要根據(jù)MEMS器件的特性采取合理的工藝解決，其中晶圓級(jí)封裝最為重要。

王懿還總結(jié)道：“IC封裝和MEMS封裝最大的區(qū)別在于MEMS一般要和外界接觸，而IC恰好相反，以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降，其封裝的主要作用就是保護(hù)芯片與完成電氣互連，不能直接將IC封裝移植于更復(fù)雜的MEMS?！?/p>

盡管兩者的區(qū)別很多，但從廣義上來講，MEMS封裝形式大多數(shù)是建立在標(biāo)準(zhǔn)化的IC芯片封裝架構(gòu)基礎(chǔ)上。目前的技術(shù)大多沿用成熟的微電子封裝工藝，并加以改進(jìn)、演變，適應(yīng)MEMS特殊的信號(hào)界面、外殼、內(nèi)腔、可靠性、降低成本等要求。此外，MEMS封裝技術(shù)發(fā)展迅速，晶圓級(jí)和3D集成也越來越重要。

對(duì)于MEMS封裝而言，不容忽視的一個(gè)問題就是成本問題，隨著MEMS器件售價(jià)的快速下降，如何降低MEMS器件的封裝成本是眾封裝廠商頭疼的問題。此外，MEMS設(shè)計(jì)廠商還考慮封裝形式，這對(duì)MEMS封裝廠商而言，勢必將增加封裝的難度。

整體而言，MEMS封裝技術(shù)得益于IC封裝，因此才較為完善，不過，兩者在多方面都存在很大的差異，在很多方面，MEMS封裝都比IC封裝的要求要高。隨著MEMS產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)，在國內(nèi)也有更多的封裝廠商開始進(jìn)軍MEMS封裝。盡管如此，由于MEMS封裝是高端封裝，究竟能有多少IC封裝廠商能夠成功進(jìn)入該市場也是難說。