MEMS封装推向市场大批量生产

微机电系统（MEMS）是一种使能技术。它将半导体技术的多功能性与机械结构的功能性融合在一起，从而开辟了全新的应用领域。MEMS 技术使智能手机能够提供方向或健身追踪器，以检测我们何时跑步、坐着或睡觉。但是，MEMS 技术可以做的不仅仅是“感知”。它可以作为系统的输入，或输出（执行器）和控制或反馈回路的组成部分。

例如，随着 5G 的推出，对基于 MEMS 的射频滤波器的需求预计会增加，因为它们可以在插入损耗和可以处理的功率方面提供更高的性能。Yole Developpement SA 等分析师预计，在 2018 年至 2023 年期间，MEMS 射频滤波器市场的增长速度将远高于其他市场（包括用于消费应用的传感器）。

该技术是指特征尺寸在 1 到 100 微米之间的结构（小于 1 微米的物体称为纳米机电系统或纳米技术）。

这种规模的物体可以在机械意义上做任何有用的工作的想法可能难以接受，但许多支持电子产品的原理对于缩小到这个水平没有问题。这包括电容、电感、磁性和光学。当与形成可移动物体的能力相结合时，更容易想象微镜如何在通信设备中偏转光线，或者如何在射频滤波器中调整可变电容器。

由微型电机构成的执行器可用于利用磁力、膨胀甚至蒸汽对电子元件进行物理调整。例如，微型斯特林发动机已在执行物理工作的 MEMS 设备中制造，例如使用电加热在活塞内膨胀的流体。

用于制造 MEMS 设备的基本制造工艺基于半导体制造。这不是意外。所有半导体都是使用沉积和光刻的组合制造的。大多数被认为是平面设备。它们的特征（晶体管）在基板的 X 轴和 Y 轴上延伸。一些称为沟槽晶体管的功率器件以某种方式延伸到 Z 轴。MEMS 将这一概念进一步推进了两个阶段，通过使用相同的沉积材料选择性去除材料的过程创建 3D 结构，然后使这些结构能够物理移动。

传感器仍然是 MEMS 市场的重要组成部分，这里的移动元件通常是隔膜，其移动会调节材料的电阻或电容特性。在 MEMS 麦克风的情况下，移动将由调制的声波引起，但同样的原理也用于压力传感器。其他类型的环境传感器，例如湿度和温度，通过检测沉积材料中的电容和/或电阻变化来操作，这是由于被测介质引起的。

运动感应已经彻底改变了消费设备，它也被应用于汽车、医疗和工业等其他垂直行业。在 MEMS 设备中，运动通常被检测为质量的位移，通过小柱或一些其他形式的系绳连接到主基板。通过这些系绳传递到基板的运动导致电容或电阻的变化，这在与上述相同的情况下是可测量的。

微机械机器包括致动器，使用传动装置、棘轮和其他形式的机械元件将小规模运动转化为有用的工作。微流体致动器现在通常用于喷墨打印机以沉积少量墨水。微型泵和微型阀用于控制纳升或皮升体积。相同的技术被用于创建所谓的“芯片实验室”，它正在彻底改变生物学研究和分析领域。

将 MEMS 推向大批量生产

分析师 Allied Market Research 预测，到 2026 年，全球 MEMS 市场价值将超过 1220 亿美元。这要归功于 2019 年至 2026 年间 11.3% 的复合年增长率。未来几年出货的 MEMS 器件明显增加。

这一增长归因于物联网、可穿戴技术、智能消耗品等大趋势的影响，以及自动驾驶汽车和整个汽车行业的新兴需求。与此相结合，预计制造工艺领域将取得积极发展，从而提高可靠性。

包装是制造过程的关键部分。对于大多数 MEMS 器件，包括惯性、压力和温度传感器，最常见的封装类型是腔体封装。这提供了敏感机电基板所需的保护，同时保持封装和基板之间的物理空间。

然而，腔体封装最初是与早期的 MEMS 活动相关联的，当时的重点是性能，而不是大批量。因此，并非所有用于 MEMS 的腔体封装对于大批量制造都具有成本效益。

UTAC 提供了一种腔盖封装技术，该技术已开发用于支持批量生产。这包括能够为应用和使用的电镀类型选择最合适的材料。UTAC 提供的盖贴附技术支持金属、玻璃和塑料材料，以及多芯片配置。这延伸到精确的单芯片和多芯片贴装需求。

由于 MEMS 包含必须可以自由移动的部件，因此它们的封装必须包含自由空间。它们相对脆弱的性质也使它们在常规半导体芯片在封装过程和使用的材料过程中可以承受的应力方面处于劣势。例如，芯片涂层必须对 MEMS 的需求敏感，同时仍能提供保护。减少压力，MEMS 器件在后端组装过程中受到的压力将提高产量并最大限度地延长其工作寿命。

随着可穿戴设备等应用的需求，对更小 MEMS 组件的需求也在增加。结果是包装内的空腔（可以被认为是受控气氛）也变得越来越小。这更加强调了对高质量和可靠封装技术的需求，重点是选择能够为封装设计、制造、组装和测试阶段提供全面方法的合作伙伴。

除了封装成品芯片外，UTAC 还能够为 MEMS 器件的制备提供一系列服务。这包括晶圆减薄等工艺，在后端组装阶段成型模具时必不可少，引线键合和压缩成型以降低应力。用于芯片贴装和模塑化合物的低应力材料在这里是必不可少的，它代表了 UTAC 提供的另一个专业领域。

MEMS 器件的封装类型

在小批量或小众应用中，封装格式的选择不如设备执行方式重要。然而，通过转向标准化封装轮廓，制造商可以期望在大批量时获得更高的产量和更高的可靠性。这是供应商现在面临的挑战，也是外包半导体组装和测试供应商或 OSAT （如 UTAC）正在集中精力的领域。

UTAC 能够提供标准格式的 MEMS 封装，包括 GQFN、QFN 和 SOIC。对于带盖的腔体 LGA、包覆成型 LGA 和陶瓷腔体 QFN 也是如此。所有这些封装类型现在都在大批量生产，具有各种体型和线型，以及不同的外形尺寸。

UTAC 的研发团队在满足客户要求的同时遵守最佳实践以确保高可靠性方面拥有丰富的经验。这一点在 UTAC 目前生产的各种 MEMS 器件中显而易见。这些设备包括振荡器、射频调谐器和用于检测运动的传感器。还包括磁力计、加速度计和陀螺仪等方向，以及包括压力和温度在内的环境传感器。

随着 MEMS 解决方案的批量化，使用合适的 OSAT 将变得更加重要。

审核编辑：郭婷