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(1)MEMS 技術(shù)
MEMS(全稱 Micro Electromechanical System)即微機(jī)電系統(tǒng),是一種利用集成電路(IC)制造技術(shù)和微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)把微傳感器、微執(zhí)行器等制造在一塊或者多塊芯片上的微型集成系統(tǒng),其尺寸約為幾毫米乃至更小,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級,是一個獨立的智能系統(tǒng)。MEMS 是一個多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域,涉及了物理學(xué)、半導(dǎo)體、光學(xué)、電子工程、化學(xué)、材料工程、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)、信息工程及生物工程等多種學(xué)科和工程技術(shù)。
MEMS 技術(shù)被譽(yù)為 21 世紀(jì)具有革命性的新技術(shù),最早可追溯到 1987 年美國,當(dāng)年伯克利加州大學(xué)發(fā)明的微馬達(dá)被認(rèn)為是 MEMS 技術(shù)的開端。1993 年ADI 公司的微加速度計產(chǎn)品大批量應(yīng)用于汽車防撞氣囊,MEMS 正式走入產(chǎn)業(yè)化階段。
20 世紀(jì) 90 年代 MEMS 技術(shù)快速發(fā)展,圍繞深槽蝕刻技術(shù)發(fā)展出多種加工工藝,微鏡、噴墨打印頭等 MEMS 產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。2007 年以后,以智能手機(jī)為代表的消費電子產(chǎn)品大量應(yīng)用 MEMS 傳感器,慣性傳感器、磁力計、光學(xué)MEMS、射頻 MEMS 等應(yīng)運而生。近年來,物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不斷推動 MEMS 技術(shù)進(jìn)步,MEMS 集成化、智能化是未來發(fā)展趨勢。
(2)MEMS 傳感器
MEMS 傳感器即運用了 MEMS 技術(shù)的傳感器。與傳統(tǒng)傳感器相比,MEMS傳感器具有體積小、重量輕、集成度高、智能化、低成本、功耗低、可大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點,MEMS 內(nèi)部一般在微米甚至納米級別,使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實現(xiàn)的功能。
MEMS 傳感器由傳感器、信息處理單元、執(zhí)行器和通訊/接口單元等組成。其輸入信號通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)過信號處理(模擬的或/和數(shù)字的)后,由執(zhí)行器與外界產(chǎn)生作用。每一個微系統(tǒng)可以采用數(shù)字或模擬信號(電、光、磁等物理量)與其他的微系統(tǒng)進(jìn)行通信。
MEMS 傳感器產(chǎn)業(yè)主要環(huán)節(jié)包括設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)制造、封裝測試、系統(tǒng)應(yīng)用。
在封裝方面,相較于普通 IC 封裝,MEMS 傳感器產(chǎn)品的封裝更龐大、更復(fù)雜、更困難。首先,相較于普通 IC 較為溫和的工作環(huán)境,MEMS 傳感器常處于高壓力、強(qiáng)振動、高溫度、高濕度等惡劣環(huán)境之中,因此要求封裝結(jié)構(gòu)與封裝材料能適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境,對封裝技術(shù)要求較高。
其次,由于 MEMS 傳感器需要感知外部世界,在封裝過程中需要提供讓芯片敏感區(qū)與外界環(huán)境交互作用的通道,因此相較于普通 IC 的封裝,MEMS 封裝還需保證芯片敏感區(qū)與外界環(huán)境充分交互作用。同時,MEMS 封裝還需要保護(hù)芯片敏感區(qū)不因兩者間的交互作用產(chǎn)生性能惡化,保持其性能穩(wěn)定。由于上述兩點需同時滿足,這對封裝技術(shù)而言是一個挑戰(zhàn)。
此外,由于 MEMS 制造工藝的多樣性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及應(yīng)用環(huán)境的多樣性,使得 MEMS 封裝技術(shù)難以像普通芯片封裝技術(shù)一樣實現(xiàn)規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化,無法采用統(tǒng)一的封裝形式與封裝工藝,因此對封裝技術(shù)提出了更高要求。
在測試方面,與傳統(tǒng) IC 不同,MEMS 傳感器產(chǎn)品的非標(biāo)準(zhǔn)化特性明顯,即使同類型傳感器的測試方法、測試設(shè)備也可能存在差異,因此具備更高的測試難度。綜上,在 MEMS 傳感器產(chǎn)品的量產(chǎn)化過程中,封裝與測試是最重要的環(huán)節(jié),其所占的成本比重已經(jīng)越來越大。根據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計,封裝測試的成本往往占據(jù)產(chǎn)品成本的大半,甚至超過 70%。