硅MEMS器件加工技术及展望

介绍了几种典型的硅基MEMS加工技术以及应用,并简单展望了MEMS加工技术发展趋势。硅基MEMS加工技术主要包括体硅MEMS加工技术和表面MEMS加工技术。体硅MEMS加工技术的主要特点是对硅衬底材料的深刻蚀,可得到较大纵向尺寸可动微结构,体硅工艺包括湿法SOG(玻璃上硅)工艺、干法SOG工艺、正面体硅工艺、SOI(绝缘体上硅)工艺。表面MEMS加工技术主要通过在硅片上生长氧化硅、氮化硅、多晶硅等多层薄膜来完成MEMS器件的制作,利用表面工艺得到的可动微结构的纵向尺寸较小,但与IC工艺的兼容性更好,易与电路实现单片集成。阐述了这些MEMS加工技术的工艺原理、优缺点、加工精度、应用等。提出了MEMS加工技术的发展趋势,包括MEMS器件圆片级封装(WLP)技术、MEMS工艺标准化、MEMS与CMOS单片平面集成、MEMS器件与其他芯片的3D封装集成技术等。     

MEMS中的封装技术研究

MEMS中的封装工艺与半导体工艺中的封装具有一定的相似性,因此,早期MEMS的封装大多借用半导体中现成的工艺.本文首先介绍了封装的主要形式,然后着重阐述了晶圆级封装与芯片级封装[1].最后给出了一些商业化的实例.     

用于MEMS器件芯片级封装的金-硅键合技术研究

MEMS器件大都含有可动的硅结构,在器件加工过程中,特别是在封装过程中极易受损,大大影响器件的成品率.如果能在MEMS器件可动结构完成以后,加上一层封盖保护,可以显著提高器件的成品率和可靠性.本文提出了一种用于MEMS芯片封盖保护的金-硅键合新结构,实验证明此方法简单实用,效果良好.该技术与器件制造工艺兼容,键合温度低,有足够的键合强度,不损坏器件结构,实现了MEMS器件的芯片级封装.我们已经将此技术成功地应用于射流陀螺的制造工艺中.     

MEMS封装中的封帽工艺技术

MEMS封装技术大多是从集成电路封装技术继承和发展而来,但MEMS器件自身有其特殊性,对封装技术也提出了更高的要求,如低湿,高真空,高气密性等。本文介绍了五种用于MEMS封装的封帽工艺技术,即平行缝焊、钎焊、激光焊接、超声焊接和胶粘封帽。总结了不同封帽工艺的特点以及不同MEMS器件对封帽工艺的选择。本文还介绍了几种常用的吸附剂类型,针对吸附剂易于饱和问题,给出了封帽工艺解决方案,探讨了使用吸附剂、润滑剂控制封装内部环境的方法。     

MEMS传感器的封装

首先通过对MEMS封装所面临的挑战进行分析,提出了MEMS封装所需要考虑的一些问题。然后从芯片级、晶片级和系统级三个方面详细介绍了倒装焊、BGA、WLP、MCM和3D封装等先进的封装技术,并给出了一些应用这些封装方式对MEMS系统封装的实例。最后对MEMS和MEMS封装的走向进行了展望,并对全集成MEMS系统的封装进行了一些探讨。     

MEMS器件的封装材料与封装工艺

随着各种MEMS新产品的不断问世,先进的MEMS器件的封装技术正在研发之中.本研究综述了MEMS的封装材料,包括陶瓷、塑料、金属材料和金属基复合材料等.阐述了MEMS的主要封装工艺和技术,包括圆片级封装、单芯片封装、多芯片组件和3D堆叠式封装等.并展望了MEMS器件封装的应用和发展前景.     

圆片级真空封装技术在MEMS陀螺中的应用

为维持MEMS硅微陀螺的真空度,利用两次硅-玻璃阳极键合和真空长期维持技术,实现了MEMS硅微陀螺的圆片级真空气密性封装。制作过程包括:先将硅和玻璃键合,在硅-玻璃衬底上采用DRIE工艺刻蚀出硅振动结构;再利用MEMS圆片级阳极键合工艺在10-5 mbar(1 mbar=100 Pa)真空环境中进行封装;最后利用吸气剂实现圆片的长期真空气密性。经测试,采用这种方式制作出的硅微陀螺键合界面均匀平整无气泡,漏率低于5.0×10-8 atm.cm3/s。对芯片进行陶瓷封装,静态下测试得出品质因数超过12 000,并对样品进行连续一年监测,性能稳定无变化。     

用于MEMS器件的键合工艺研究进展

随着MEMS器件的广泛研究和快速进步,非硅基材料被广泛用于MEMS器件中.键合技术成为MEMS器件制作、组装和封装的关键性技术之一,它不仅可以降低工艺的复杂性,而且使许多新技术和新应用在MEMS器件中得以实现.目前主要的键合技术包括直接键合、阳极键合、粘结剂键合和共晶键合.     

应用于MEMS气密性封装测试的微型湿度传感器的设计与制作

MEMS器件的封装一直是MEMS技术的难点之一,在封装设计中,如何测试封装的有效性就显得尤为重要.本文叙述了一种基于MEMS技术的微型湿度传感器的原理、设计以及工艺流程.在其上进行气密性封装,则可通过对封装内的湿度测量来判断该封装的气密性能.在设计中,充分考虑了尺寸、工艺以及灵敏度等各方面要求.制作采用的是传统的光刻、刻蚀工艺.该湿度传感器结构简单,易于制作,其性能能够满足气密性封装测试的要求.     

MEMS中的封装技术研究

MEMS中的封装工艺与半导体工艺中的封装具有一定的相似性 ,因此 ,早期MEMS的封装大多借用半导体中现成的工艺。本文首先介绍了封装的主要形式 ,然后着重阐述了晶圆级封装与芯片级封装[1] 。最后给出了一些商业化的实例     

用于MEMS器件的真空密封技术

介绍MEMS器件中常用的键合技术和适用于真空密封与器件性能要求的特殊结构设计，以及提高和保持器件高真空环境的方法。合适的真空密封技术不仅能够保证和提高MEMS器件的性能，同时可以简化工艺步骤，降低器件成本。     

基于聚合物介质的低温硅硅键合研究

聚合物低温键合技术是MEMS器件圆片级封装的一项关键技术。以苯并环丁烯(BCB)、聚对二甲苯(Parylene)、聚酰亚胺(Polyimide)、有机玻璃(PMMA)作为键合介质,对键合的温度、压力、气氛、强度等工艺参数进行了研究,并分析了其优缺点。通过改变Parylene的旋涂、键合温度、键合压力、键合时间等工艺参数进行了优化实验。结果表明,在230 ℃的低温键合条件下封装后的MEMS器件具有良好的键合强度(＞3.600 MPa),可满足MEMS器件圆片级封装要求。     

基于共晶的MEMS芯片键合技术及其应用

叙述了MEMS封装中共晶键合的基本原理和方法,分析了Au-Si、Au-Sn、In-Sn等共晶键合技术的具体工艺和发展,并对其应用作了介绍.     

Application of Au-Sn eutectic bonding in hermetic radio-frequency microelectromechanical system wafer level packaging

Development of packaging is one of the critical issues toward realizing commercialization of radio-frequency-microelectromechanical system (RF-MEMS) devices. The RF-MEMS package should be designed to have small size, hermetic protection, good RF performance, and high reliability. In addition, packaging should be conducted at sufficiently low temperature. In this paper, a low-temperature hermetic wafer level packaging scheme for the RF-MEMS devices is presented. For hermetic sealing, Au-Sn eutectic bonding technology at temperatures below 300°C is used. Au-Sn multilayer metallization with a square loop of 70 μm in width is performed. The electrical feed-through is achieved by the vertical through-hole via filling with electroplated Cu. The size of the MEMS package is 1 mm × 1 mm × 700 μm. The shear strength and hermeticity of the package satisfies the requirements of MIL-STD-883F. Any organic gases or contamination are not observed inside the package. The total insertion loss for the packaging is 0.075 dB at 2 GHz. Furthermore, the robustness of the package is demonstrated by observing no performance degradation and physical damage of the package after several reliability tests.     

用于MEMS器件芯片级封装的金-硅键合技术研究

MEMS器件大都含有可动的硅结构 ,在器件加工过程中 ,特别是在封装过程中极易受损 ,大大影响器件的成品率。如果能在MEMS器件可动结构完成以后 ,加上一层封盖保护 ,可以显著提高器件的成品率和可靠性。本文提出了一种用于MEMS芯片封盖保护的金 硅键合新结构 ,实验证明此方法简单实用 ,效果良好。该技术与器件制造工艺兼容 ,键合温度低 ,有足够的键合强度 ,不损坏器件结构 ,实现了MEMS器件的芯片级封装。我们已经将此技术成功地应用于射流陀螺的制造工艺中     

MEMS器件封装技术

综述了微电子机械系统(MEMS)封装主流技术,包括芯片级封装、器件级封装和系统及封装技术进行了。重点介绍了圆片级键合、倒装焊等封装技术。并对MEMS封装的技术瓶颈进行了分析。     

田口试验设计在键合工艺参数优化中的应用

为提高微机电系统(MEMS)封装引线键合的可靠性和经济性,引入了镍钯金印刷电路板(PCB),但由于其保护皮膜中钯层的加入,键合工艺参数也需随之改变,该文运用试验设计(DOE)中的田口试验设计方法,找到了针对新型镍钯金皮膜的最优化键合工艺参数,根据优化结果,改进了键合工艺参数设置,成功地将镍钯金PCB应用到MEMS封装工艺中,不但提高了产品的可靠性,还降低了原材料成本,取得了良好的经济效益。     

集成电路封装中的引线键合技术

在回顾现有的引线键合技术之后,文章主要探讨了集成电路封装中引线键合技术的发展趋势。球形焊接工艺比楔形焊接工艺具有更多的优势,因而获得了广泛使用。传统的前向拱丝越来越难以满足目前封装的高密度要求,反向拱丝能满足非常低的弧高的要求。前向拱丝和反向拱丝工艺相结合,能适应复杂的多排引线键合和多芯片封装结构的要求。不断发展的引线键合技术使得引线键合工艺能继续满足封装日益发展的要求,为封装继续提供低成本解决方案。     

A Novel Wafer-Level Hermetic Packaging for MEMS Devices

Some emerging microelectromechanical systems (MEMS) devices such as high-performance inertial sensors and high-speed actuators must be operated in a high vacuum and in order to create this vacuum environment, specific packaging is required. To satisfy this demand, this paper presents a novel method for hermetic and near-vacuum packaging of MEMS devices. We use wafer-level bonding technology to combine with vacuum packaging, simultaneously. For this packaging solution, the wafers with air-guided micro-through-holes were placed on a custom-built design housed in a vacuum chamber maintained at a low-pressure environment of sub-10 mtorr. Packaging structure is then sealed by solder ball reflow process with the lower heating temperature of 300degC to fill up micro-through-hole. Experimental results shown the hermetical packaging technique using solder sealing is adapted to the wafer-level microfabrication process for MEMS devices and can achieve better yield and performance. Thus, this technique is very useful for many applications with high performance and low packaging cost can be obtained due to wafer-level processing.