- MEMS封裝級設計規(guī)則
- 各種封裝的對比
- 電子性能的考慮可以決定所選封裝類型
- MEMS芯片提供相應的電路補償、控制和信號處理單元
- MEMS器件有時也采用晶圓級封裝，并用保護帽把MEMS密封起來
MEMS器件設計團隊在開始每項設計前，以及貫穿在整個設計流程中都必須對封裝策略和如何折中進行考慮和給與極大的關注。許多MEMS產品供應商都會把產品封裝作為進行市場競爭的主要產品差異和競爭優(yōu)勢。
封裝選擇規(guī)則
設計MEMS器件的封裝往往比設計普通集成電路的封裝更加復雜，這是因為工程師常常要遵循一些額外的設計約束，以及滿足工作在嚴酷環(huán)境條件下的需求。器件應該能夠在這樣的嚴苛環(huán)境下與被測量的介質非常明顯地區(qū)別開來。這些介質可能是像干燥空氣一樣溫和，或者像血液、散熱器輻射等一樣嚴苛。其他的介質還包括進行測量時的環(huán)境，例如，沖擊、震動、溫度變化、潮濕和EMI/RFI等。
首先，MEMS器件的封裝必須能夠和環(huán)境進行相互影響。例如，壓力傳感器的壓力輸入、血液處理器件的流體入口等。MEMS器件的封裝也必須滿足其他一些機械和散熱裕量要求。作為MEMS器件的輸出，可能是機械電機或壓力的變化，因此，封裝的機械寄生現(xiàn)象就有可能與器件的功能相互影響和干擾。
例如，在壓阻傳感器內，封裝應力就會影響傳感器的輸出。當封裝中不同材料混合使用時，它們的膨脹和收縮系數(shù)不同，因此，這些變化引起的應力就附加在傳感器的壓力值中。在光學MEMS器件中，由于沖擊、震動或熱膨脹等原因而產生的封裝應力會使光器件和光纖之間的對準發(fā)生偏移。在高精度加速度計和陀螺儀中，封裝需要和MEMS芯片隔離以優(yōu)化性能（見圖1）。
圖1常規(guī)晶圓級封裝（WLP）結構示意圖
根據(jù)生產的MEMS器件類型的不同，電子性能的考慮可以決定所選封裝類型的策略。例如，電容傳感MEMS器件會產生非常小、并可以被電子器件所識別的電荷，在設計時就需要特別注意電路和封裝中的信號完整性問題。
通常，大多數(shù)基于MEMS的系統(tǒng)方案都對MEMS芯片提供相應的電路補償、控制和信號處理單元。因此，一個MEMS芯片和定制ASIC芯片可以被集成在同一個封裝內。同樣，電路也可以是集成了MEMS器件的單芯片、單封裝（見圖2）。
圖2單芯片恒溫加速度計[page]
MEMS器件有時也采用晶圓級封裝，并用保護帽把MEMS密封起來，實現(xiàn)與外部環(huán)境的隔離或在下次封裝前對MEMS器件提供移動保護。這項技術常常用于慣性芯片的封裝，如陀螺儀和加速度計。
這樣的封裝步驟是在MEMS流片過程中實現(xiàn)的，需要在潔凈環(huán)境中按照晶圓處理流程操作。相比而言，集成電路的大部分封裝都是在晶圓被切割完成后的芯片級完成的，對封裝過程的環(huán)境潔凈程度沒有特別高的要求。
MEMS芯片設計者更愿意使用成本非常低廉的標準封裝形式，因此采用塑料封裝或與集成電路兼容的封裝，這可以利用集成電路工業(yè)領域的成本優(yōu)勢。使用標準封裝也降低了設計和測試時間，封裝本身的成本也非常低。一個通行的準則是，如果MEMS器件可以安裝在PCB板上，它就有可能采用標準集成電路封裝形式（見圖3）。
圖3微型光機械系統(tǒng)（MOEMS）交換器件的管芯被4條光纖和連接線連接，并封裝在工業(yè)標準的Covar金屬封裝內
然而，當今絕大多數(shù)MEMS器件封裝都是客戶定制的，并且對特殊應用進行了優(yōu)化。所以，標準集成電路封裝不能承受前面所描述的那些嚴酷條件對介質所帶來的影響。
MEMS器件封裝的挑戰(zhàn)是未來所大量應用的兩個領域：醫(yī)療電子和汽車電子。在這兩類應用中，被測量的介質對于MEMS器件來說是非常嚴酷的。在汽車電子領域，需要測量內燃機機油、燃油、冷卻液熱輻射、尾氣排放等的壓力或化學成分。這兩個領域對器件都要求具有高可靠性和極端堅固的特點。所以，長壽命（特別是醫(yī)用可植入設備）、小尺寸（見圖4）、生物材料兼容性（見圖5）是在選擇封裝設計、材料和接口時所面臨的最大問題。
