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MEMS封装的功能

2020-12-20
来源:电子发烧友

封装必须提供元器件与外部系统的接口。其根本目的在于以最小的尺寸和重量、最低的价格和尽可能简单的结构服务于具有特定功能的一组元器件。

MEMS封装的功能包括了微电子封装的功能部分,即原有的电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护等外,还应增加一些特殊的功能和要求。

1)机械支撑:MEMS器件是一种易损器件,因此需要机械支撑来保护器件在运输、存储和工作时,避免热和机械冲击、振动、高的加速度、灰尘和其它物理损坏。另外对于某些特殊功能的器件需要有定位用的机械支撑点,如加速度传感器等。

2)环境隔离:环境隔离有两种功能,一种是仅仅用作机械隔离,即封装外壳仅仅起到保护MEMS器件不受到像跌落或者操作不当时受到机械损坏。另一种是气密和非气密保护,对可靠性要求十分严格的应用领域必须采用气密性保护封装,防止MEMS器件在环境中受到化学腐蚀和物理损坏。同时在制造和密封时要防止湿气可能被引进到封装腔内。对工作环境较好的应用领域可采用非气密封装。

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3)提供与外界系统和媒质的接口:由于封装外壳是MEMS器件及系统与外界的主要接口,外壳必须能完成电源、电信号或射频信号与外界的电连接,同时大部分的MEMS芯片还要求提供与外界媒质的接口。

4)提供热的传输通道:对带有功率放大器、其它大信号电路和高集成度封装的MEMS器件,在封装设计时热的释放是一个应该认真对待的问题。封装外壳必须提供热量传递的通道。

由于MEMS的特殊性和复杂性,还由于MEMS种类繁多,封装的功能还要增加如下几点:

5)低应力。在MEMS器件中,用三维加工技术制造微米或纳米尺度的零件或部件,如悬臂梁、微镜、深槽、扇片等,精度高,但十分脆弱,因此MEMS封装应产生对器件最小的应力。

6)高真空度。这是MEMS器件的要求,以使可动部件具有活动性,并运动自如。因为在“真空”中,就可以大大减小甚至消除摩擦,既能减小能源消耗,又能达到长期、可靠地工作目标。

7)高气密性。一些MEMS器件,如陀螺仪,必须在稳定地气密性条件下方能可靠、长期地工作。严格地说,封装都是不气密的,所以只有用高气密性的封装来解决稳定的气密性问题。有的MEMS封装气密性要求达到1×10E-12Pa·m3/s。

8)高隔离度。MEMS的目标是把集成电路、微细加工元件和MEMS器件集成在一起形成微系统,完成信息的获取、传输、处理和执行等功能。MEMS常需要有高的隔离度,对MEMS射频开关更为重要。

9)特殊的封装环境与引出。某些MEMS器件的工作环境是液体、气体或透光的环境,MEMS封装必须构成稳定的环境,并能使液体、气体稳定流动,使光纤输入具有低损耗、高精度对位的特性等。


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