用于大批量产品的MEMS封装

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相结合，开辟了全新的应用领域。MEMS技术使智能手机能够提供方向，或健身追踪器来检测我们何时跑步，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RF滤波器的需求预计将增加，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 RF滤波器市场的增长速度将远高于市场其他市场（包括用于消费应用的传感器）。

该技术是指具有1至100微米特征的结构（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很难接受，但支撑电子学的许多原理都没有缩小到这个水平的问题。这包括电容、电感、磁性和光学器件。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偏转通信设备中的光，或者在RF滤波器中调整可变电容器。

可以利用由微型电机组成的执行器，利用磁性、膨胀甚至蒸汽来物理调节电子元件。微型斯特林发动机是在执行物理工作的MEMS设备中制造的，例如，使用电力来加热在活塞内膨胀的流体。

用于制造MEMS器件的基本制造工艺基于半导体制造。这不是偶然的。所有半导体均采用沉积和光刻技术的组合制造。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。一些功率器件，称为沟槽晶体管，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，通过使用相同的过程创建3D结构，即有选择地去除材料，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膜片，其运动调节材料的电阻或电容特性。在MEMS麦克风的情况下，运动将由调制声波引起，但压力传感器使用相同的原理。其他类型的环境传感器，如湿度和温度，通过检测沉积材料中由于被测量介质引起的电容和/或电阻的变化来工作。

运动传感已经彻底改变了消费类设备，它也被应用于其他垂直行业，如汽车、医疗和工业行业。在MEMS器件中，运动通常被检测为质量的位移，通过小柱或其他形式的系绳附着在主基板上。通过这些系绳传递到基板上的运动导致电容或电阻的变化，这是可以测量的，如上所述。

微机械包括执行器，使用变速器，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中以沉积少量墨水。微型泵和微型阀用于控制纳升或皮升的体积。同样的技术被用于创建所谓的“芯片实验室”，这些实验室正在彻底改变生物学研究和分析领域。

将MEMS带入大批量生产

分析师Allied Market Research预测，到2026年，全球MEMS市场的价值将超过1220亿美元。这要归功于 2019 年至 2026 年间 11.3% 的复合年增长率。随着平均售价的下降，未来几年将出货的MEMS器件数量明显大幅增加。

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汽车行业的新兴需求。除此之外，预计制造工艺领域将有积极的发展，从而提高可靠性水平。

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。这提供了敏感的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MEMS活动相关的，当时的重点是性能，而不是大批量。因此，并非所有MEMS型腔封装对于大批量生产都具有成本效益。

UTAC提供一种腔盖包装技术，该技术已被开发用于支持批量生产。这包括能够为应用和所使用的电镀类型选择最合适的材料。UTAC提供的盖子固定技术支持金属、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连接需求。

由于MEMS包含的部件必须能够自由移动，因此其封装必须包括自由空间。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中可以承受的应力和所使用的材料方面处于劣势。例如，芯片涂层必须对MEMS的需求敏感，同时仍提供保护。为了降低应力，MEMS器件在后端组装过程中暴露在薄膜下，将提高良率并最大限度地延长其使用寿命。

随着可穿戴设备等应用的需求，对更小的MEMS元件的需求也在增加。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。这更加强调对高质量和可靠包装技术的需求，重点是选择能够在包装设计、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芯片时必不可少，引线键合和压缩成型以降低应力。用于芯片粘接和模塑料的低应力材料在这里是必不可少的，并且代表了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器件的性能重要。然而，通过转向标准化的包装大纲，制造商可以期待更高的产量和更大的可靠性。这是供应商现在面临的挑战，也是外包半导体封装和测试提供商（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。带盖的型腔 LGA、包覆成型 LGA 和陶瓷型腔 QFN 也是如此。所有这些封装类型现在都在大批量生产，具有各种主体尺寸和线材类型以及不同的外形尺寸。

UTAC的研发团队在满足客户要求方面拥有丰富的经验，同时遵守最佳实践以确保高可靠性。UTAC目前正在生产的各种MEMS器件可以明显看出这一点。这些器件包括振荡器、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解决方案进入更大的批量，使用正确的OSAT将变得更加重要。UTAC为MEMS封装设计、组装和测试提供全方位服务，拥有制造商在选择值得信赖的OSAT合作伙伴时所寻求的专业知识和经验。

审核编辑：郭婷