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、可提供一個或多個環(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環(huán)境造成不良影響;四、應(yīng)不對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)出強悍的實力。長電科技更是號稱已經(jīng)擁有了大量的平臺,足以應(yīng)付所有主流的封裝。其實在多年前,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。”據(jù)他介紹,在專用性方面,MEMS中通常都有一些可動部分或懸空結(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,對各種不同結(jié)構(gòu)及用途的MEMS器件,其封裝設(shè)計要因地制宜,與制造技術(shù)同步協(xié)調(diào),專用性很強。
在保護(hù)性方面,MEMS器件對環(huán)境的影響極其敏感,因此對其的保護(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,防止可動部件受機械損傷。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)對使用環(huán)境造成不良影響。
同時,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。輸入信號界面復(fù)雜,對芯片鈍化、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、震動或熱膨脹等原因而產(chǎn)生的封裝應(yīng)力會使光器件和光纖之間的對準(zhǔn)發(fā)生偏移。在高精度加速度計和陀螺儀中,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。”
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,晶圓級和3D集成也越來越重要。
對于MEMS封裝而言,不容忽視的一個問題就是成本問題,隨著MEMS器件售價的快速下降,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)計廠商還考慮封裝形式,這對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。
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原文標(biāo)題:MEMS后端封裝那些事兒
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