【专利解密】高通MEMS封装技术

【嘉德点评】采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事都有着十分广阔的应用前景。

集微网消息,随着传感器、物联网应用的大规模落地,微机电系统(MEMS)在近些年应用越来越广泛,MEMS的存在可以减小电子器件的大小。同时,与之相对应的MEMS封装也开始备受关注。

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是集微机械结构、电子电路、微执行器、通讯等于一体的可批量制作的微型器件或系统,具有体积小、成本低、功耗低、易于集成和智能化等特点。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的,不同的被测物理量形成不同种类的MEMS传感器,应用不同领域。

在商用产品中部署MEMS器件既要求这些器件提供所需功能,又要求存在合适的封装技术以按稳健且在商业上合适的方式封装这些器件。设计MEMS器件的封装往往比设计普通集成电路的封装更加复杂,这是因为工程师常常要遵循一些额外的设计约束,以及满足工作在严酷环境条件下的需求。

在MEMS封装方法上,高通早在2016年就申请了一项名为“MEMS封装”的发明专利(申请号:201680019494 .5),申请人为高通科技国际有限公司。

图1 经封装MEMS器件的横截面

图1为经封装MEMS器件100的横截面。具体而言,封装100形成了电路板101与其他电子组件102之间的中介体结构。这种安排允许该器件充当电子组件102的重分布和安装层。在封装100的底侧设有焊盘103,可以通过焊球104来将该封装电连至电路板101。封装100的上侧也可以设置焊盘105,焊盘105主要用来安装电子组件102。

封装100主要包括3层材料:109、110、111。在较低层109的上表面会形成凹口112。较低层和较高层都可由玻璃材料形成,且分隔件层由与MEMS组件相同的材料(例如,硅)形成。

MEMS组件114在其近端处被固定在较低层109和较高层111之间。较低层106、分隔件层113和较高层111一起形成具有腔112、115的封装,使得MEMS组件114的远端能在该腔中移动。另外,MEMS组件114还可以提供各种功能,例如,该组件可以是加速计或能量收集器,或者在此组件上设置压电元件将动能转换成电能等等。

在制造期间,腔112、115可以用惰性气体来填充和/或抽成真空以提供减压环境。这种环境可以改善MEMS组件的性能(通过减小移动阻力)和寿命(通过控制环境)。

采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

但目前我国MEMS技术发展与国外水平有一定差距,无论是规模和种类,以及具体的产品,我们需要正视这种差距,利用政策红利,在研制具体产品的基础上,发展MEMS产业链,实现中国“智造”!

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(校对/holly)

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