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MEMS器件设计封装要考虑什么

2022-03-07
MEMS器件设计包装的形式是将基于MEMS的系统方案推向市场的关键因素。博研通过研究发现,基于MEMS的典型产品中,设计包装成本几乎占所有材料和组装成本的20%~40%。由于生产因素的影响,设计包装后的测试成本高于设备级的测试成本,这使得MEMS产品的设计选择和包装更加重要。
 MEMS器件设计封装要考虑什么
设计包装选择规则:
 
MEMS器件设计的包装往往比普通集成电路的包装复杂,因为工程师往往要遵循一些额外的设计约束,满足在恶劣环境条件下工作的需要。设备应该能够在如此恶劣的环境中与被测介质明显区分开来。这些介质可能像干燥的空气一样温和,也可能像血液和散热器辐射一样严格。其他介质还包括测量环境,如冲击、振动、温度变化、湿度和EMI/RFI。
 
首先,MEMS器件设计和包装必须能够与环境相互影响。例如,压力传感器的压力输入、血液处理器件的流体入口等。MEMS器件设计和包装也必须满足其他机械和散热裕度的要求。作为MEMS设备的输出,它可能是机械电机或压力的变化。因此,设计和包装的机械寄生现象可能与设备的功能相互影响和干扰。
 
例如,在阻力传感器中,包装应力会影响传感器的输出。当不同的材料混合在包装中时,它们的膨胀和收缩系数是不同的,因此这些变化引起的应力附加在传感器的压力值中。在光学MEMS设备中,由冲击、振动或热膨胀引起的包装应力会偏移光设备和光纤之间的对准。在高精度加速度计和陀螺仪中,包装需要与MEMS芯片隔离,以优化性能。
 
根据MEMS设备的不同类型,电子性能的考虑可以决定所选包装类型的策略。例如,电容传感器MEMS设备产生的电荷非常小,可以被电子设备识别,在设计中需要特别注意电路和包装中的信号完整性。
 
通常,大多数基于MEMS的系统解决方案都为MEMS芯片提供相应的电路补偿、控制和信号处理单元。因此,MEMS芯片和定制ASIC芯片可以集成在同一包装中。同样,电路也可以是集成MEMS设备的单芯片和单包装。
 
MEMS器件设计有时采用晶圆包装,并用保护帽密封MEMS,以隔离外部环境或在下次包装前为MEMS设备提供移动保护。该技术通常用于惯性芯片的包装,如陀螺仪和加速度计。
 
这种包装步骤是在MEMS流片过程中实现的,需要在清洁环境中按照晶圆处理过程进行操作。相比之下,集成电路的大部分包装都是在晶圆切割后的芯片级完成的,对包装过程的环境清洁度没有特别高的要求。
 

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