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1、苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案浅谈MEMS传感器及其封装技术苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案MEMSMEMS传感器市场规模传感器市场规模苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案MEMSMEMS传感器应用领域传感器应用领域 苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案MEMS
2、MEMS定义定义 国际上对微机电系统的定义与称谓（1）MEMS(Micro Elector Mechanical System) 美国是由电子和机械组成的集成化器件或系统。（2）Micro System 欧洲微系统由多个微元件组成，并作为一个完整的系统进行优化，以提供一种或多种特定功能。（3）Micro Machine 日本微机械是由只有几毫米大小的功能元件组成的。苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案 MEMS-微机电系统特点MEMS的全称是微型电子机械系统（Micro-ElectroMechanical Sys
3、tem），微机电系统是指可批量 制作的，将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电 源等于一体的微型器件或系统。可以理解为利用传统的半导体工艺和材料，用微米技术在芯片上制造微型机械，并将其与对应电 路集成为一个整体的技术。它是以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术平台。优点：相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其 厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相 当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺
4、，进行大批量、 低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、计算机控制以及能源供给的系统。MEMS技术是一种多学科交叉的前沿性领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子、机械、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。外界信息传入外界信息传入功能作用与外界功能作用与外界苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案 微机电系统
5、特征尺寸微机电系统不能完全用总尺寸来定义，而应用特征尺寸来表征。特征尺寸是决定微机电系统器件性质 和加工工艺的关键尺寸，如扩散硅压力传感器的膜厚。特征尺寸在亚毫米以上的机械电子系统基本上 属于传统机电一体化设备；而特征尺寸在亚微米以下的机械电子系统属于纳机电系统。MEMS微结构苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案MEMSMEMS封装特点封装特点红外光传感器气体传感器光电传感器苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案 MEMS封装应满足以
6、下要求封装应满足以下要求：（1）对微传感器芯片封装应提供一个或多个环境通路。（2）对那些对应力特别敏感的微传感器，封装带来的应力应尽可能的小。（3）封装与封装材料不应对环境造成不良影响。（4）封装应保持微传感器及其电子器件免遭环境不利影响。（5）封装必须提供与外界的通路。苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案 MEMS封装与传统集成电路封装相比有很大的特殊性：封装与传统集成电路封装相比有很大的特殊性：（1）集成电路主要是二维结构；而MEMS由不同物质、不同层所构成的三维几何构型。（2）集成电路在封装后与环境绝缘。而
7、MEMS的敏感元件和一些核心元件需要与工作介质接触。外部环境会对敏感元件造成不利影响，这就对芯片钝化提出要求。（3）普通集成电路信号界面单一，通常只有电信号。而MEMS和微系统的输入信号界面复杂。（4）大多数MEMS器件的外壳上需要有非电信号通路，所以不能进行简单的封装。从而提出外壳密封要求。 （5）随着科学技术的发展，MEMS器件的使用范围越来越广，对封装的可靠性要求越来越高。MEMSMEMS封装与集成电路封装的差别封装与集成电路封装的差别苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案MEMSMEMS封装设计考量因素封装
8、设计考量因素 封装设计需要考虑的问题：封装设计需要考虑的问题：（1）对所设计产品的预期其环境影响。（2）对产品封装设计中误操作及偶然事故的充分估计。（3）正确选择材料以保证封装的可靠性。（4）尽量减少电子引线和连接点。（5）在组件制造、装配、封装中所需成本。苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案MEMSMEMS封装三个等级封装三个等级 MEMS封装的三个等级封装的三个等级芯片级芯片级器件级器件级系统级系统级苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装
9、解决方案压力传感器的芯片级封装微加速度计的芯片级封装 芯片级封装芯片级封装芯片级封装包括组装和保护微型装置中细微元件，应达到要求：（1）保护芯片，避免变形或破裂。（2）对有些元件提供必要的电、磁、机械隔离。（3）确保系统在正常操作下的功能实现。苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案 器件级封装器件级封装包含MEMS芯片+信号调节和处理电路。这类封装包含以下两方面内容：（1）微型硅片和核心元件的界面与其他封装好的部分尺寸处理恰当。（2）这些微型元件在环境中的接口界面处理恰当。硅麦克风压力传感器MEMS和ASIC合封苏
10、州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案 系统级封装系统级封装包含MEMS芯片器件和主要信号处理电路。这类封装要求：（1）屏蔽、电磁、振动、热（2）安装位置关系精确（3）接口顺畅集成封装大规模集成封装苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案塑料封装液位传感器全金属封装电感式传感器陶瓷封装材料常用封装材料常用封装材料 常用封装材料和封装类型苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块
11、封装解决方案单片全集成MEMS 封装技术-指在一个基底上形成微结构和微电路，并使之成为一个系统。多芯片组件(MCM)封装技术-将多个芯片固定在一个基板上，进而集成在一个封装之内，而这些不同的芯片可以是用不同材料和工艺制作。倒装芯片技术-一种将晶片直接与基板相互连接的封装技术。倒装芯片结构示意图常用封装技术常用封装技术多芯片组件(MCM)封装苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案近密封封装技术-通过使用某些特定的封装材料来实现一定密封级别的同时为MEMS器件提供活动空间或者光学通道的一种封装技术，采用的封装材料大多是
12、热固塑脂类环氧基聚合物或者热塑性塑料系列材料等高分子材料。模块式MEMS集成封装技术-为MEMS设计提供一些模块式的外部接口，从而使MEMS器件能使用统一的标准化的封装批量生产，进而降低MEMS器件的生产成本，缩短产品生产周期。集成封装示例1集成封装示例2集成封装示例3苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案MEMS产业正向多传感器（现有的和新兴的传感器）集成方向前进，形成三大类组合传感器。实际 上，这三类集成传感器已有雏形：密闭封装（Closed Package）组合传感器、开放腔体（Open Cavity）组合传
13、感器、光学窗口（Open-eyed）组合传感器。MEMSMEMS封装发展趋势封装发展趋势苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案 MEMS封装封装则通常分为芯片级封装、器件级封装和系统级封装这样三个层次。需要特别指出的是,这里的“芯片级”含义更加广泛,不但涵盖包括控制器在内的微电子封装中的各种芯片,还包括感测的各种力、光、磁、声、温度、化学、生物等传感器元器件和执行运动、能量、信息等控制量的各种部件。 目前的MEMS封装技术大多来自集成电路封装技术，但是由于MEMS器件的特殊性，特殊的信号界面、外壳要求、三维结构和可靠性要求等决定了MEMS封装比微电子封装更庞大、更复杂、更困难，需要重点研究。 MEMS封装已经引起人们越来越多的重视，研究低成本高性能的封装方法已经成为MEMS领域一个极为重要的课题。系统展望系统展望苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司 MEMS传感器及传感器及IC微模块封装解决方案微模块封装解决方案捷研芯服务模式捷研芯服务模式 : CEM: CEM定制定制化化研发研发(Customized Development)工程化应用工程化应用(Engineering)量量产代产代工工(Mass Production)苏州捷研芯纳米科技有限公司苏州捷研芯纳米科技有限公司
