圖 MEMS加速度計，來源：TDK

常見的產品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、微泵、微振子、MEMS光學傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器、MEMS氣體傳感器等等以及它們的集成產品，被廣泛應用于消費電子、汽車、工控、醫療等領域。封裝是MEMS 技術走向產業化實用化的關鍵技術之一，MEMS封裝的特殊性大大增加了 MEMS封裝的難度和成本，成為 MEMS發展的瓶頸。艾邦建有陶瓷封裝全產業鏈微信群，歡迎陶瓷封裝產業鏈上下游掃碼加群與我們交流。

1、MEMS的封裝分類

(1)按封裝層次分類

芯片級封裝、圓片級封裝、系統級封裝

(2)按外殼的材料分類

分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝

(3)按氣密性分類

分為氣密性封裝和非氣密性封裝，氣密封裝是對工作環境氣密的保護，而非氣密封裝則是可以透氣的。金屬封裝和陶瓷封裝屬氣密性封裝，而塑料封裝一般為非氣密性封裝。

封裝的密封是為了保護芯片和封裝的金屬鍍層以免受環境腐蝕和在處理過程中的機械損。目前在高可靠性應用中，幾乎都采用氣密性封裝。對氣密性封裝的要求主要有：

(1)封裝的氣密性，通常要求氦氣的泄漏率低于1x10-8Pa·m3/s。

(2)在氣密性封裝中，封裝外殼主要用金屬和陶瓷兩種材料。

(3)蓋板，無論是金屬封裝還是陶瓷封裝，其蓋板通常用金屬。

(4)在金屬封裝中，每條引線是采用分立的玻璃密封封進金屬平臺或管座中。而陶瓷封裝引線是通過厚膜網印及燒結技術制成的，且通常是埋置在陶瓷中。

(5)滿足氣密性要求，所有這些封裝的帽子密封是由適當的玻璃或金屬來完成的。在釬焊和錫焊中，是用一種低熔點的釬焊和錫焊合金來形成密封的，而在熔焊中，則是由帽子本身后部熔融來實現密封。

2、MEMS的封裝要求

雖然MEMS封裝采用許多與微電子封裝相似的技術，但不能簡單地將微電子封裝技術直接用于MEMS器件的封裝中去。由于MEMS的特殊性、復雜性和 MEMS應用的廣泛性，對封裝的要求是非常苛刻的：

(1)機械支撐：有效的封裝結構可以對器件形成有效保護，避免在儲存、運輸以及工作時，可能受到的外界不可控載荷、無意識機械沖擊或環境熱變等由復雜工作環境帶來的物理損傷或化學腐蝕，這些復雜損害對微器件來說是致命的，有效的機械支撐可以防止器件內部所含的微機械結構受到破壞甚至使得器件失效。

(2)電氣互連：對MEMS器件的基本要求是與外界系統進行信息的傳遞，封裝外殼對芯片有著密閉的保護作用，那么就需要在外殼上留有信息傳遞的通道或媒質交互的窗口，即通過封裝外殼預留出引線或管腳，與外界實現穩定的電連接，以確使芯片與外界系統各類信號的輸入與輸出是連續可靠的。

圖 MEMS陶瓷封裝，來源：Analog Devices

(3)熱傳導：對于一些帶功率的器件在工作時，會產生熱量，而過熱對于器件來說是有害無益的，那么就要求封裝外殼具備散熱功能，及時將芯片產生的熱量向外界傳遞出去。

(4)應力：在 MEMS器件中，微米或微納米尺度的零部件其精度高但十分脆弱，因此，MEMS封裝應產生對器件最小的應力；

(5)高真空：可動部件在“真空”中，就可以減小摩擦，達到長期可靠工作的目標；

(6)高氣密性：一些 MEMS器件，如微陀螺必須在穩定的氣密條件下才能可靠長期地工作，有的 MEMS封裝氣密性要達到1×10-12Pa·m3/s；

(7)高隔離度：MEMS常需要高的隔離度，對 MEMS射頻開關就更為重要。為了保證其他干擾信號盡可能小，就要求對傳感器的某些部位進行封裝隔離。否則，干擾信號疊加在所采樣的有用信號上將使MEMS的正常功能難以發揮；

(8)特殊的封裝環境和引出：某些 MEMS器件的工作環境是氣體、液體或透光的環境，MEMS封裝就必須構成穩定的環境，并能使氣體、液體穩定流動，使光纖輸入低損耗，高精度對位的特性等。

3、陶瓷封裝在MEMS的應用

陶瓷材料具有足夠高的機械強度，絕緣電阻及絕緣破壞電壓高；在溫度高、濕度大的條件下性能穩定，確保可靠性。并且熱導率高；熱膨脹系數與Si的熱膨脹系數匹配，耐熱性優良。

用于MEMS器件封裝的陶瓷材料有Al2O3、AIN、BeO、莫來石及低溫陶瓷（也稱玻璃土陶瓷）等。Al2O3是最常用的一種陶瓷封裝材料，其價格相對便宜，應用面廣。AIN是一種性能更優越的陶瓷材料，通常用在對性能和可靠性極高的場合。低溫陶瓷也是一種性能極優異的陶瓷材料，特別是玻璃-陶瓷的性能與所要求的理想陶瓷的性能相近，用于對硅芯片的封裝可達到極好的材料性能匹配。

圖 LTCC封裝MEMS，來源：Fraunhofer

由于LTCC具有優良的物理化學特性，其越來越多的應用于微系統。LTCC基板在微系統中的應用主要表現在兩個方面：一個是作為微系統的封裝基板，搭載微電子、光電子及MEMS芯片等；另一個是利用LTCC材料加工出MEMS器件，并集成在基板內部，使器件與封裝一體化。后者形成MEMS技術的一個發展分支，即陶瓷MEMS(C-MEMS)。

長按識別二維碼關注公眾號，點擊下方菜單欄左側“微信群”，申請加入群聊

普通觀眾登記：

step1：關注“艾邦陶瓷展”公眾號；step2：底部菜單“觀眾登記”。

專業VIP觀眾登記：

專業VIP觀眾福利：免費領取“飲用水+午餐券+展會會刊”

VIP觀眾范圍：功率半導體模塊（IGBT/SiC/PIM）、封裝測試、MLCC、LTCC、HTCC、電子陶瓷元器件、陶瓷覆銅板（AMB/DBC/DPC）、通訊設備、光通信模塊、3C消費電子、汽車電子。VIP觀眾登記請聯系溫小姐：18126443075（同微信）

※18歲以下未成年謝絕參觀，請勿攜帶兒童進場！

原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：陶瓷封裝在MEMS上的應用