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06MicroassemblyandPackagingMEMS封装PackagingMEMSpackagingreviewCharacteristicsofMEMSpackagingPackagingTechnologySummaryMEMSpackagingreview•MEMS封装广义上讲有三个主要的任务：装配、封装和测试，缩写为AP&T。•在MEMS中，AP&T在整个生产成本中占很大比例。•在MEMS中，AP&T不仅保护芯片，同时保证芯片探测环境。•对芯片起着传输信号和分配电源的作用。•对芯片起着热耗散的作用。•在整个系统制造的流程中，封装是最后一道工序。MEMSpackagingreview四个电子封装等级MEMSpackagingreview一个典型的塑料封装的微电路（a）一个典型的PEM（b）一个典型PEM的横截面MEMSpackagingreview封装过程中主要的可靠性问题：1.芯片和钝化开裂。2.芯片与芯片附着层、垫片之间的分离及塑料老化。3.连接处的疲劳失效。4.焊接点的疲劳断裂。5.印刷线路板翘曲。MEMSpackagingreview热应力产生的原因：1.连接材料热膨胀系数的不匹配。2.由于热循环和机械振动而导致材料的疲劳断裂。3.受到环境（如湿度）的影响，材料强度降低。4.微加工工艺产生的内应力和张力。封装的内容•通过一定的结构设计、工艺设计、电设计、热设计和可靠性设计制造出合格的外壳或引线框架等主要部件。•改进封装结构、确定外形尺寸，使之达到通用化、标准化，并向多层次、窄节距、多引线、小外形和高密度方向发展。MEMSpackagingreview封装的内容•保证自硅晶圆片的减薄、划片和分片开始，直到芯片粘接、引线键合和封盖等一系列封装所需工艺的正确实施，达到一定的规模化和自动化。•在原有的材料基础上，提供低介电系数、高导热，高机械强度等性能优越的新型有机、无机和金属材料。•提供准确的检验测试数据，为提高器件封装的性能和可靠性提供有利的保证。MEMSpackagingreview封装设计的一般考虑MEMSpackagingreview1.在组件的制造、装配、封装中所需的成本。2.所设计产品可预期的环境影响，例如温度、湿度化学毒性。3.对产品封装设计中错误操作及偶然事故的充分估计。4.正确选择材料以保证封装的可靠性。5.尽量减少电子引线和连接点，以使引线断裂和产生故障的可能性达到最小。MEMSpackagingreview封装的基本过程MEMSpackagingreview封装的基本过程CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的三个等级能量供给输出信号MEMS封装的三个级别CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的三个等级：芯片级形状记忆合金驱动器压电晶体驱动器CharacteristicsofMEMSpackaging芯片级封装的主要目标是：1.保护芯片或其他核心元件避免塑性变形或破裂。2.保护系统信号转换的电路。3.对这些元件提供必要的电和机械隔离。4.确保系统在正常操作和超载状态下的功能实现。CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的三个等级：器件级IntheAnalogDevicesADXL50accelerometer接口问题：1.微型硅片和核心元件的界面与其他封装好的部分的尺寸大不相同。2.这些微型元件在环境中的接口界面，由其要考虑到诸如温度、压力、工作场合一节接触媒介的毒性等因素。微压力传感器封装产品CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的三个等级：系统级系统级封装主要是对芯片和核心元件以及主要的信号处理电路的封装。系统封装需要对电路进行电磁屏蔽、适当的力和热隔离。金属外罩通常对避免机械和电磁影响起到出色的保护作用。系统级封装中的接口问题主要是安装不同尺寸的元件。相对于器件这一级封装，误差是一个更严重的问题。CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的接口问题：生物医学接口1.在整个使用周期中能抵抗化学侵蚀。2.当其作为生物传感器时，在受控条件下同生物材料混合。3.用作如起搏器的仪器导管时，必须对周围生物细胞环境没有损害和伤害。4.不能引起不希望的化学反应，比如封装器件与接触细胞之间的腐蚀。CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的接口问题：光学接口1.适合于光束的接收和反射的通道。2.适合于光束的接收和反射的恰当涂覆的表层。3.在器件使用期，保证涂覆表面的质量。4.暴露的表面能够抵抗外部杂质的污染。5.使封装内部避免潮湿，环境潮湿可以导致精细的微型光机械元件的粘附。CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的接口问题：机械接口微型阀示意图微型泵示意图CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的接口问题：电机械接口MEMS设计概观CharacteristicsofMEMSpackagingMEMS封装的接口问题：微流体接口毛细管电泳（CE）系统原理框图PackagingTypesPackagingTypesDIP(DualIn-linePackage)•绝大多数中小规模集成电路(IC)•其引脚数一般不超过100个。•DIP封装具有以下特点：•1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。•2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。PackagingTypesDIP(DualIn-linePackage)PackagingTypesSOP(SmallOutlinePackage)小外形封装——SOP实际上是DIP的变形，即将DIP直插式引脚向外弯曲成90度，就成了适于表面贴装SMT（SurfaceMountTechnology）的封装了，只是外形尺寸和重量比DIP小得多。PackagingTypesQFP(QuadFlatPackage)四边引脚扁平封装QFP的分类•塑(Plastic)封QFP(PQFP)•薄型QFP(TQFP)•窄(Fine)节距QFP(FQFP)QFP封装结构PackagingTypesPGA(PinGridArrayPackage)——PGA芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵的插针，每个方阵插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈。PackagingTypesBGA(BallGridArrayPackage)球栅阵列封装—I/O引脚数增多，但距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。—信号传输延迟小，适应频率大大提高。—组装可用共面焊接，可靠性大大提高。PackagingTypesCSP(ChipSizePackage)芯片尺寸封装—减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的器件尺寸边长不大于芯片的1.2倍，器件面积只比裸芯片大不超过1.4倍。PackagingTechnology引线键合(Wirebonding)引线键合(Wirebonding)微压力传感器的芯片级封装a）用金属壳b）用塑料密封微加速度计的芯片级封装PackagingTechnology引线键合(Wirebonding)：热压引线键合PackagingTechnology热压引线键合a)加热b)加压c)键合后引线键合(Wirebonding)：锲-锲超声键合PackagingTechnology锲-锲引线键合a)键合工具平移b）加压键合引线键合(Wirebonding)：热声键合PackagingTechnology用于MEMS的引线键合a)锲-球引线键合b）锲-锲引线键合引线键合优点：PackagingTechnology—使用灵活—高成品率—易于编程自动实现—高可靠性引线结构—工业基础好，技术设备更新迅速引线键合缺点：—生产效率较低—长引线，降低电气特性—焊盘大，面积大—密封时引线容易被破坏密封技术——微壳密封PackagingTechnology用微壳密封技术a)牺牲层b）牺牲层被腐蚀掉密封技术——反应密封技术PackagingTechnology活性密封技术a)未密封的封装b）氧化密封的封装MEMS三维封装技术PackagingTechnology1.高的体积效率2.大容量的层与层间的信号传输3.适合于很多类型的层4.能够隔离并且对其中一个基层部分进行修复、维护以及升级5.适合于多种形态，如模拟、数字、RF功率器件等6.封装各层间有良好的导热7.封装的引脚在下一级封装之间高效率的电传递MEMS三维封装技术PackagingTechnologyMEMS三维封装技术PackagingTechnology概念上的三维封装a)平面二维封装b）三维封装MEMS三维封装技术PackagingTechnologyThankYou