MEMS跨越“借用”封装的时代

2008-05-05 15:48:39来源: 半导体国际

  

  在过去十年里,微机电系统(MEMS)大量地“借用”那些起初是为军方高可靠性应用而开发的封装技术。虽然这类封装在MEMS中的表现良好,但与之相关的成本却高达单个MEMS器件价格70%。现在,随着晶圆级封装(WLP)和微流体技术的进步,MEMS封装技术也在不断演化发展。

  MEMS的封装市场非常零散,包括加速度计汽车安全气囊系统、陀螺仪、打印机的墨盒、数字投影仪芯片和微镜子等各种传感器。虽然MEMS定制封装的费用通常是商业机密,但是半导体制造市场调研公司Gartner Dataquest副总裁Jim Walker估计2006年全球的MEMS封装市场略大于20亿美元。他说:“我希望看到WLP在未来几年内充分地成长,我相信这将会降低MEMS器件的总成本。”

  对MEMS的最大挑战之一是要求采用器件规格的封装。专注于新兴技术和器件封装的咨询和IP的公司ET-Trends的总裁Ken Gilleo解释说:“封装是高科技的核心。它受到被封装器件和应用的双重影响。”

  

  

  尽管陶瓷相对较贵,它仍旧是最常用的MEMS封装材料。Gilleo提到:“在低温共烧陶瓷和陶瓷组分优化方面所取得的进展,

  已使全密闭陶瓷腔的MEMS封装费用降到50美分以下。虽然目前MEMS封装的首选材料仍是陶瓷,但我认为由于受流体MEMS的驱动,首选材料会在未来十年内发生巨大的变化。”

  近密闭封装(Near-hermetic Package)是MEMS封装的另一种方法。这种高性能的塑料腔封装不能实现完全的封闭。可是MEMS封装又常常要求完全的密闭性。

  WLP能够实现晶圆形式的MEMS器件封装。Gilleo说:“最具挑战性的MEMS封装问题之一就是自污染。WLP可以在超净的fab环境下对MEMS器件进行包覆和密封,而且是在切片之前。模拟器件在晶圆级包覆方面一直处于领先地位,而Motorola、Texas Instruments和STMicroelectronis也已经实现对惯性MEMS传感器的包覆。原位包覆之后,就可以将传统的塑料封装和成型技术用于被包覆的器件,从而使封装的费用降为只有5到7美分。这就是四侧无引脚扁平封装(QFN),老式陶瓷无铅芯片载体的聚合物版本。”

  Gilleo认为目前包覆技术的发展趋势是使用通孔和焊接垫,这样就可以在晶圆级同时切割包覆材料和MEMS芯片,从而得到只有少许引线焊接垫的芯片。Gilleo建议的另一种方法是制作一些微通孔,并将MEMS焊接垫置于芯片底部,接着在芯片底部放置一个常规包覆层,形成一个小的空腔(如图所示),然后键合。Gilleo说:“从事3D堆叠封装的公司正在开发完善的通孔制程,以便在硅上制作微通孔。然后覆盖这些微通孔以实现芯片的无源堆叠。我估计在两年内各家公司就会将这种MEMS通孔制程用于MEMS器件的包覆。这将直接在晶圆级实现全密闭封装,而不再需要第二次封装。”

  对于压力传感器这种流行的MEMS产品,Gilleo指出有两种正在发展的封装方法可供选择。一种方法是使待测气体或液体接触MEMS器件,在封装时,只有被接触部分是曝露出来的,其上需要覆盖一层保护膜。另一种是采用具有复杂金属、塑料或陶瓷表面的封装,以便很好地将传感器密闭起来,不过仍然可以通过封装层来传感压力。

  许多公司也会把MEMS器件直接暴露到外界环境中。Gilleo指出:“可以制造出这样一种MEMS传感器,即使将它暴露在外界环境、润滑油或氟利昂中,它仍然能够正常工作。所以我们也开始关注这种MEMS封装技术的发展。”

  生物传感器和芯片实验室(lab-on-a-chip)等微流体MEMS方面的进步,可能会带来迄今为止最戏剧性的变化。当然这要求目前尚无法提供的异常复杂的封装技术。Gilleo憧憬到:“如果能够使用流体MEMS将充满了仪器设备和小型装置的整个实验室都缩小到一块芯片上,那可真了不起。”

 

关键字:MEMS器件  封装技术  微通  包覆层  包覆材料  STMicroelectroni

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2008/0505/article_95.html
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