微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是一種使能技術(shù)。它將半導(dǎo)體技術(shù)的多功能性與機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能性融合在一起，從而開(kāi)辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。MEMS 技術(shù)使智能手機(jī)能夠提供方向或健身追蹤器，以檢測(cè)我們何時(shí)跑步、坐著或睡覺(jué)。但是，MEMS 技術(shù)可以做的不僅僅是“感知”。它可以作為系統(tǒng)的輸入，或輸出（執(zhí)行器）和控制或反饋回路的組成部分。

例如，隨著 5G 的推出，對(duì)基于 MEMS 的射頻濾波器的需求預(yù)計(jì)會(huì)增加，因?yàn)樗鼈兛梢栽诓迦霌p耗和可以處理的功率方面提供更高的性能。Yole Developpement SA 等分析師預(yù)計(jì)，在 2018 年至 2023 年期間，MEMS 射頻濾波器市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度將遠(yuǎn)高于其他市場(chǎng)（包括用于消費(fèi)應(yīng)用的傳感器）。

該技術(shù)是指特征尺寸在 1 到 100 微米之間的結(jié)構(gòu)（小于 1 微米的物體稱(chēng)為納米機(jī)電系統(tǒng)或納米技術(shù)）。

這種規(guī)模的物體可以在機(jī)械意義上做任何有用的工作的想法可能難以接受，但許多支持電子產(chǎn)品的原理對(duì)于縮小到這個(gè)水平?jīng)]有問(wèn)題。這包括電容、電感、磁性和光學(xué)。當(dāng)與形成可移動(dòng)物體的能力相結(jié)合時(shí)，更容易想象微鏡如何在通信設(shè)備中偏轉(zhuǎn)光線，或者如何在射頻濾波器中調(diào)整可變電容器。

由微型電機(jī)構(gòu)成的執(zhí)行器可用于利用磁力、膨脹甚至蒸汽對(duì)電子元件進(jìn)行物理調(diào)整。例如，微型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)已在執(zhí)行物理工作的 MEMS 設(shè)備中制造，例如使用電加熱在活塞內(nèi)膨脹的流體。

用于制造 MEMS 設(shè)備的基本制造工藝基于半導(dǎo)體制造。這不是意外。所有半導(dǎo)體都是使用沉積和光刻的組合制造的。大多數(shù)被認(rèn)為是平面設(shè)備。它們的特征（晶體管）在基板的 X 軸和 Y 軸上延伸。一些稱(chēng)為溝槽晶體管的功率器件以某種方式延伸到 Z 軸。MEMS 將這一概念進(jìn)一步推進(jìn)了兩個(gè)階段，通過(guò)使用相同的沉積材料選擇性去除材料的過(guò)程創(chuàng)建 3D 結(jié)構(gòu)，然后使這些結(jié)構(gòu)能夠物理移動(dòng)。

傳感器仍然是 MEMS 市場(chǎng)的重要組成部分，這里的移動(dòng)元件通常是隔膜，其移動(dòng)會(huì)調(diào)節(jié)材料的電阻或電容特性。在 MEMS 麥克風(fēng)的情況下，移動(dòng)將由調(diào)制的聲波引起，但同樣的原理也用于壓力傳感器。其他類(lèi)型的環(huán)境傳感器，例如濕度和溫度，通過(guò)檢測(cè)沉積材料中的電容和/或電阻變化來(lái)操作，這是由于被測(cè)介質(zhì)引起的。

運(yùn)動(dòng)感應(yīng)已經(jīng)徹底改變了消費(fèi)設(shè)備，它也被應(yīng)用于汽車(chē)、醫(yī)療和工業(yè)等其他垂直行業(yè)。在 MEMS 設(shè)備中，運(yùn)動(dòng)通常被檢測(cè)為質(zhì)量的位移，通過(guò)小柱或一些其他形式的系繩連接到主基板。通過(guò)這些系繩傳遞到基板的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電容或電阻的變化，這在與上述相同的情況下是可測(cè)量的。

微機(jī)械機(jī)器包括致動(dòng)器，使用傳動(dòng)裝置、棘輪和其他形式的機(jī)械元件將小規(guī)模運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為有用的工作。微流體致動(dòng)器現(xiàn)在通常用于噴墨打印機(jī)以沉積少量墨水。微型泵和微型閥用于控制納升或皮升體積。相同的技術(shù)被用于創(chuàng)建所謂的“芯片實(shí)驗(yàn)室”，它正在徹底改變生物學(xué)研究和分析領(lǐng)域。

將 MEMS 推向大批量生產(chǎn)

分析師 Allied Market Research 預(yù)測(cè)，到 2026 年，全球 MEMS 市場(chǎng)價(jià)值將超過(guò) 1220 億美元。這要?dú)w功于 2019 年至 2026 年間 11.3% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率。未來(lái)幾年出貨的 MEMS 器件明顯增加。

這一增長(zhǎng)歸因于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴技術(shù)、智能消耗品等大趨勢(shì)的影響，以及自動(dòng)駕駛汽車(chē)和整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的新興需求。與此相結(jié)合，預(yù)計(jì)制造工藝領(lǐng)域?qū)⑷〉梅e極發(fā)展，從而提高可靠性。

包裝是制造過(guò)程的關(guān)鍵部分。對(duì)于大多數(shù) MEMS 器件，包括慣性、壓力和溫度傳感器，最常見(jiàn)的封裝類(lèi)型是腔體封裝。這提供了敏感機(jī)電基板所需的保護(hù)，同時(shí)保持封裝和基板之間的物理空間。

然而，腔體封裝最初是與早期的 MEMS 活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的，當(dāng)時(shí)的重點(diǎn)是性能，而不是大批量。因此，并非所有用于 MEMS 的腔體封裝對(duì)于大批量制造都具有成本效益。

UTAC 提供了一種腔蓋封裝技術(shù)，該技術(shù)已開(kāi)發(fā)用于支持批量生產(chǎn)。這包括能夠?yàn)閼?yīng)用和使用的電鍍類(lèi)型選擇最合適的材料。UTAC 提供的蓋貼附技術(shù)支持金屬、玻璃和塑料材料，以及多芯片配置。這延伸到精確的單芯片和多芯片貼裝需求。

由于 MEMS 包含必須可以自由移動(dòng)的部件，因此它們的封裝必須包含自由空間。它們相對(duì)脆弱的性質(zhì)也使它們?cè)诔Ｒ?guī)半導(dǎo)體芯片在封裝過(guò)程和使用的材料過(guò)程中可以承受的應(yīng)力方面處于劣勢(shì)。例如，芯片涂層必須對(duì) MEMS 的需求敏感，同時(shí)仍能提供保護(hù)。減少壓力，MEMS 器件在后端組裝過(guò)程中受到的壓力將提高產(chǎn)量并最大限度地延長(zhǎng)其工作壽命。

隨著可穿戴設(shè)備等應(yīng)用的需求，對(duì)更小 MEMS 組件的需求也在增加。結(jié)果是包裝內(nèi)的空腔（可以被認(rèn)為是受控氣氛）也變得越來(lái)越小。這更加強(qiáng)調(diào)了對(duì)高質(zhì)量和可靠封裝技術(shù)的需求，重點(diǎn)是選擇能夠?yàn)榉庋b設(shè)計(jì)、制造、組裝和測(cè)試階段提供全面方法的合作伙伴。

除了封裝成品芯片外，UTAC 還能夠?yàn)?MEMS 器件的制備提供一系列服務(wù)。這包括晶圓減薄等工藝，在后端組裝階段成型模具時(shí)必不可少，引線鍵合和壓縮成型以降低應(yīng)力。用于芯片貼裝和模塑化合物的低應(yīng)力材料在這里是必不可少的，它代表了 UTAC 提供的另一個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。

MEMS 器件的封裝類(lèi)型

在小批量或小眾應(yīng)用中，封裝格式的選擇不如設(shè)備執(zhí)行方式重要。然而，通過(guò)轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化封裝輪廓，制造商可以期望在大批量時(shí)獲得更高的產(chǎn)量和更高的可靠性。這是供應(yīng)商現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)，也是外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試供應(yīng)商或 OSAT （如 UTAC）正在集中精力的領(lǐng)域。

UTAC 能夠提供標(biāo)準(zhǔn)格式的 MEMS 封裝，包括 GQFN、QFN 和 SOIC。對(duì)于帶蓋的腔體 LGA、包覆成型 LGA 和陶瓷腔體 QFN 也是如此。所有這些封裝類(lèi)型現(xiàn)在都在大批量生產(chǎn)，具有各種體型和線型，以及不同的外形尺寸。

UTAC 的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在滿(mǎn)足客戶(hù)要求的同時(shí)遵守最佳實(shí)踐以確保高可靠性方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。這一點(diǎn)在 UTAC 目前生產(chǎn)的各種 MEMS 器件中顯而易見(jiàn)。這些設(shè)備包括振蕩器、射頻調(diào)諧器和用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的傳感器。還包括磁力計(jì)、加速度計(jì)和陀螺儀等方向，以及包括壓力和溫度在內(nèi)的環(huán)境傳感器。

隨著 MEMS 解決方案的批量化，使用合適的 OSAT 將變得更加重要。

審核編輯：郭婷