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微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)是以微细加工技术为基础,将微传感器、微执行器和电子线路、微能源等有机组合在一起的微机电器件、装置、或系统。微机电既可以根据电路信号的指令控制执行元件,实现机械驱动,也可以利用传感器探测或接受外部信号。传感器将转换后的信号经电路处理后,再由执行器转换为机械信号,完成命令的执行。可以说,MEMS技术是一种获取、处理和执行操作的集成技术,它是一种多学科交叉的前沿性领域,几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,例如电子、机械、材料和能源。但是,由于对MEMS封装的认识一直落后于MEMS器件的研究,封装已成为妨碍MEMS商业化的主要技术瓶颈。
一、 MEMS系统的特点、存在的问题
与常规机电系统相比,MEMS系统的主要优点包括:系统微型化,MEMS器件体积小,精度高、重量轻,尺寸精度可达到纳米量级;制造材料性能稳定,MEMS的主要材料是硅;批量生产成本低;能耗低,灵敏度和工作效率高;集成化程度高等。
但是,按照摩尔定律的预测,在不断追求电子元器件的高集成度、高密度的同时,MEMS系统也存在一些问题,例如尺寸效应;材料性能主要是对于MEMS硅衬底上的薄膜的机械性能和电性能的分析;黏附问题;静电力问题;摩擦问题;检测问题;薄膜应力以及表面粗糙度问题。
二、 MEMS封装
MEMS封装的分类方式有两种:一种是按封装材料分,可分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装;另一种是按密封特性分,可分为气密封装和非气密性封装。通常金属封装和陶瓷封装为气密封装,而塑料封装为非气密封装。
MEMS封装的自身特性包括以下几点:
1)专用性
MEMS中通常都有一些可动部分或悬空结构,如硅等空腔、梁、沟、槽、膜片甚至是流体部件。
复杂性
由于多数MEMS封装外壳的负责性,对芯片纯化、封装保护提出了特殊要求。某些MEMS的封装及其技术比MEMS还新颖,不仅技术难度大,而且对封装环境的洁净度要求更高。
空间性
为给MEMS可活动部分提供足够的可动空间,需在外壳上进行刻蚀,或留有一定的槽型及其他形状的空间。
保护性
在晶片上制成的MEMS,在完成封装之前,始终对环境的影响极其敏感oMEMS封装的各操作工序(划片、烧结、互联、密封等),需要采用特殊的处理方法,提供相应的保护措施。
可靠性
经济性
几种重要的MEMS封装技术
MEMS封装经过多年的发展,出现了一些比较完善的封装技术和封装形式,比如键合技术、倒装芯片技术、多芯片封装技术以及3D封装等。
键和技术
键合技术是MEMS中最为关键、最具挑战性的技术,由于MEMS器件包含多种立体结构和多种材料层,MEMS元件的键合要比微电子元件困难得多。键合技术分为引线键合和表面键合两种。其中引线键合的作用是从核心元件引人和导出电连接。根据键合时所用能量的不同,可分为热压键合、楔-楔超声键合和热声键合几种形式。引线键合要求引线具有足够的抗冲击和振动的能力,并且不会引起短路,常用的引线有金丝和铝丝。而表面键合是实现
MEMS封装的基本技术,可以用来进行密封、微结构的粘结和固定,、低温表面键合等。目前,硅-玻璃键合和硅一硅键合是两种主要的表面键合形式。其中的硅熔融键合(典型例子为硅—硅键合)不需要中间层,硅圆片直接键合用于SOI(硅绝缘技术)器件和压力传感器,简化了器件的操作。
2) 倒装芯片封装技术
倒装芯片技术比引线键合技术更为先进,具有很大的发展潜力,已成为MEMS封装技术中很有吸引力的选择。倒装芯片封装技术是将芯片的有源面面向基座的粘贴封装技术,为芯片和基座之间提供了最短的互连路径。
3) 多芯片封装技术多芯片封装是为适应现代电子系统短小轻薄、高速、高性能、高可靠性和低成本的发展
方向发展起来的。
它具有的优点有:缩短了封装延迟时间,易于实现模块高速化;提高了封装的可靠性和封装密度;节省了封装材料和成本,减小模块的封装尺寸和重量;芯片具有良好的散热环境。
多芯片封装已成为MEMS封装的另一发展趋势,将传感、控制和有陶瓷基板有高芯片密度的印制电路板。
三、 MEMS的主要应用
目前,MEMS主要应用于以下领域。

汽车工业已经成为MEMS的主要用户,尤其是智能汽车的发展,将同MEMS密不可分。各种各样的传感器被用于环境和道路的检测,微执行器则按要求完成各项动作。概括来说MEMS在汽车工业中主要应用在安全、动力系统、舒适和诊断方面。
家用电器手提电脑、手机、便捷式媒体播放器和移动终端设备内的硬盘驱动器坠落保护功能,是
MEMS运动传感器在消费电子市场具有重要意义的应用之一。
航空航天
航空航天领域是MEMS技术的主要应用领域。微型飞行器(MAV)因尺寸小、巡航范围大、飞行时间长和能够自主飞行,被认为是未来战场的重要侦查和攻击武器。
此外,MEMS技术还大量应用于生物医学、通信以及军事领域,它的应用前景是明朗的,挑战也是巨大的。
四、 参考文献
【1】、:西安电子科技大学出版社,2012
【2】:化学工业出版社,2008