用于大批量產(chǎn)品的MEMS封裝

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是一種使能技術(shù)。它將半導(dǎo)體技術(shù)的多功能性與機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能相結(jié)合，開(kāi)辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。MEMS技術(shù)使智能手機(jī)能夠提供方向，或健身追蹤器來(lái)檢測(cè)我們何時(shí)跑步，坐著或睡覺(jué)。但是，MEMS技術(shù)可以做的不僅僅是“感知”。它可以作為系統(tǒng)的輸入，或輸出（執(zhí)行器）和控制或反饋回路的組成部分。

例如，隨著5G的推出，對(duì)基于MEMS的RF濾波器的需求預(yù)計(jì)將增加，因?yàn)樗鼈兛梢栽诓迦霌p耗和可以處理的功率方面提供更高的性能。Yole Developpement SA等分析師預(yù)計(jì)，在2018年至2023年期間，MEMS RF濾波器市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度將遠(yuǎn)高于市場(chǎng)其他市場(chǎng)（包括用于消費(fèi)應(yīng)用的傳感器）。

該技術(shù)是指具有1至100微米特征的結(jié)構(gòu)（小于1微米的物體稱為納米機(jī)電系統(tǒng)或納米技術(shù)）。

這種規(guī)模的物體可以在機(jī)械意義上做任何有用的工作的想法可能很難接受，但支撐電子學(xué)的許多原理都沒(méi)有縮小到這個(gè)水平的問(wèn)題。這包括電容、電感、磁性和光學(xué)器件。當(dāng)與形成可移動(dòng)物體的能力相結(jié)合時(shí)，更容易想象微鏡如何偏轉(zhuǎn)通信設(shè)備中的光，或者在RF濾波器中調(diào)整可變電容器。

可以利用由微型電機(jī)組成的執(zhí)行器，利用磁性、膨脹甚至蒸汽來(lái)物理調(diào)節(jié)電子元件。微型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是在執(zhí)行物理工作的MEMS設(shè)備中制造的，例如，使用電力來(lái)加熱在活塞內(nèi)膨脹的流體。

用于制造MEMS器件的基本制造工藝基于半導(dǎo)體制造。這不是偶然的。所有半導(dǎo)體均采用沉積和光刻技術(shù)的組合制造。大多數(shù)被認(rèn)為是平面設(shè)備。它們的特征（晶體管）在基板的X軸和Y軸上延伸。一些功率器件，稱為溝槽晶體管，以某種方式延伸到Z軸。MEMS將這一概念進(jìn)一步推進(jìn)了兩個(gè)階段，通過(guò)使用相同的過(guò)程創(chuàng)建3D結(jié)構(gòu)，即有選擇地去除材料，然后使這些結(jié)構(gòu)能夠物理移動(dòng)。

傳感器仍然是MEMS市場(chǎng)的重要組成部分，這里的移動(dòng)元件通常是膜片，其運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)材料的電阻或電容特性。在MEMS麥克風(fēng)的情況下，運(yùn)動(dòng)將由調(diào)制聲波引起，但壓力傳感器使用相同的原理。其他類型的環(huán)境傳感器，如濕度和溫度，通過(guò)檢測(cè)沉積材料中由于被測(cè)量介質(zhì)引起的電容和/或電阻的變化來(lái)工作。

運(yùn)動(dòng)傳感已經(jīng)徹底改變了消費(fèi)類設(shè)備，它也被應(yīng)用于其他垂直行業(yè)，如汽車(chē)、醫(yī)療和工業(yè)行業(yè)。在MEMS器件中，運(yùn)動(dòng)通常被檢測(cè)為質(zhì)量的位移，通過(guò)小柱或其他形式的系繩附著在主基板上。通過(guò)這些系繩傳遞到基板上的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電容或電阻的變化，這是可以測(cè)量的，如上所述。

微機(jī)械包括執(zhí)行器，使用變速器，棘輪和其他形式的機(jī)械元件將小規(guī)模運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為有用的工作。微流體致動(dòng)器現(xiàn)在通常用于噴墨打印機(jī)中以沉積少量墨水。微型泵和微型閥用于控制納升或皮升的體積。同樣的技術(shù)被用于創(chuàng)建所謂的“芯片實(shí)驗(yàn)室”，這些實(shí)驗(yàn)室正在徹底改變生物學(xué)研究和分析領(lǐng)域。

將MEMS帶入大批量生產(chǎn)

分析師Allied Market Research預(yù)測(cè)，到2026年，全球MEMS市場(chǎng)的價(jià)值將超過(guò)1220億美元。這要?dú)w功于 2019 年至 2026 年間 11.3% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率。隨著平均售價(jià)的下降，未來(lái)幾年將出貨的MEMS器件數(shù)量明顯大幅增加。

這一增長(zhǎng)歸因于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴技術(shù)、智能消耗品等大趨勢(shì)的影響，以及自動(dòng)駕駛汽車(chē)和汽車(chē)行業(yè)的新興需求。除此之外，預(yù)計(jì)制造工藝領(lǐng)域?qū)⒂蟹e極的發(fā)展，從而提高可靠性水平。

包裝是制造過(guò)程的關(guān)鍵部分。對(duì)于大多數(shù)MEMS器件，包括慣性、壓力和溫度傳感器，最常見(jiàn)的封裝類型是腔體封裝。這提供了敏感的機(jī)電基板所需的保護(hù)，同時(shí)保持封裝和基板之間的物理空間。

然而，腔體封裝最初是與早期MEMS活動(dòng)相關(guān)的，當(dāng)時(shí)的重點(diǎn)是性能，而不是大批量。因此，并非所有MEMS型腔封裝對(duì)于大批量生產(chǎn)都具有成本效益。

UTAC提供一種腔蓋包裝技術(shù)，該技術(shù)已被開(kāi)發(fā)用于支持批量生產(chǎn)。這包括能夠?yàn)閼?yīng)用和所使用的電鍍類型選擇最合適的材料。UTAC提供的蓋子固定技術(shù)支持金屬、玻璃和塑料材料，以及多芯片配置。這延伸到精確的單芯片和多芯片連接需求。

由于MEMS包含的部件必須能夠自由移動(dòng)，因此其封裝必須包括自由空間。它們相對(duì)脆弱的性質(zhì)也使它們?cè)诔Ｒ?guī)半導(dǎo)體芯片在封裝過(guò)程中可以承受的應(yīng)力和所使用的材料方面處于劣勢(shì)。例如，芯片涂層必須對(duì)MEMS的需求敏感，同時(shí)仍提供保護(hù)。為了降低應(yīng)力，MEMS器件在后端組裝過(guò)程中暴露在薄膜下，將提高良率并最大限度地延長(zhǎng)其使用壽命。

隨著可穿戴設(shè)備等應(yīng)用的需求，對(duì)更小的MEMS元件的需求也在增加。結(jié)果是包裝內(nèi)的空腔（可以被認(rèn)為是受控氣氛）也變得越來(lái)越小。這更加強(qiáng)調(diào)對(duì)高質(zhì)量和可靠包裝技術(shù)的需求，重點(diǎn)是選擇能夠在包裝設(shè)計(jì)、制造、組裝和測(cè)試階段提供全面方法的合作伙伴。

除了封裝成品芯片外，UTAC還能夠?yàn)镸EMS器件的制備提供一系列服務(wù)。這包括晶圓減薄等工藝，在后端組裝階段成型芯片時(shí)必不可少，引線鍵合和壓縮成型以降低應(yīng)力。用于芯片粘接和模塑料的低應(yīng)力材料在這里是必不可少的，并且代表了UTAC提供的另一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。

MEMS器件的封裝類型

在小批量或小眾應(yīng)用中，封裝格式的選擇不如器件的性能重要。然而，通過(guò)轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化的包裝大綱，制造商可以期待更高的產(chǎn)量和更大的可靠性。這是供應(yīng)商現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)，也是外包半導(dǎo)體封裝和測(cè)試提供商（OSAT，如UTAC）正在集中精力的領(lǐng)域。

UTAC能夠提供標(biāo)準(zhǔn)格式的MEMS封裝，包括GQFN，QFN和SOIC。帶蓋的型腔 LGA、包覆成型 LGA 和陶瓷型腔 QFN 也是如此。所有這些封裝類型現(xiàn)在都在大批量生產(chǎn)，具有各種主體尺寸和線材類型以及不同的外形尺寸。

UTAC的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在滿足客戶要求方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)遵守最佳實(shí)踐以確保高可靠性。UTAC目前正在生產(chǎn)的各種MEMS器件可以明顯看出這一點(diǎn)。這些器件包括振蕩器、射頻調(diào)諧器和用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的傳感器。還包括磁力計(jì)、加速度計(jì)和陀螺儀等方向，以及包括壓力和溫度在內(nèi)的環(huán)境傳感器。

隨著MEMS解決方案進(jìn)入更大的批量，使用正確的OSAT將變得更加重要。UTAC為MEMS封裝設(shè)計(jì)、組裝和測(cè)試提供全方位服務(wù)，擁有制造商在選擇值得信賴的OSAT合作伙伴時(shí)所尋求的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

審核編輯：郭婷