封裝必須提供元器件與外部系統(tǒng)的接口。其根本目的在于以最小的尺寸和重量、最低的價格和盡可能簡單的結(jié)構(gòu)服務(wù)于具有特定功能的一組元器件。
MEMS封裝的功能包括了微電子封裝的功能部分,即原有的電源分配、信號分配、散熱通道、機械支撐和環(huán)境保護(hù)等外,還應(yīng)增加一些特殊的功能和要求。
1)機械支撐:MEMS器件是一種易損器件,因此需要機械支撐來保護(hù)器件在運輸、存儲和工作時,避免熱和機械沖擊、振動、高的加速度、灰塵和其它物理損壞。另外對于某些特殊功能的器件需要有定位用的機械支撐點,如加速度傳感器等。
2)環(huán)境隔離:環(huán)境隔離有兩種功能,一種是僅僅用作機械隔離,即封裝外殼僅僅起到保護(hù)MEMS器件不受到像跌落或者操作不當(dāng)時受到機械損壞。另一種是氣密和非氣密保護(hù),對可靠性要求十分嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域必須采用氣密性保護(hù)封裝,防止MEMS器件在環(huán)境中受到化學(xué)腐蝕和物理損壞。同時在制造和密封時要防止?jié)駳饪赡鼙灰M(jìn)到封裝腔內(nèi)。對工作環(huán)境較好的應(yīng)用領(lǐng)域可采用非氣密封裝。
3)提供與外界系統(tǒng)和媒質(zhì)的接口:由于封裝外殼是MEMS器件及系統(tǒng)與外界的主要接口,外殼必須能完成電源、電信號或射頻信號與外界的電連接,同時大部分的MEMS芯片還要求提供與外界媒質(zhì)的接口。
4)提供熱的傳輸通道:對帶有功率放大器、其它大信號電路和高集成度封裝的MEMS器件,在封裝設(shè)計時熱的釋放是一個應(yīng)該認(rèn)真對待的問題。封裝外殼必須提供熱量傳遞的通道。
由于MEMS的特殊性和復(fù)雜性,還由于MEMS種類繁多,封裝的功能還要增加如下幾點:
5)低應(yīng)力。在MEMS器件中,用三維加工技術(shù)制造微米或納米尺度的零件或部件,如懸臂梁、微鏡、深槽、扇片等,精度高,但十分脆弱,因此MEMS封裝應(yīng)產(chǎn)生對器件最小的應(yīng)力。
6)高真空度。這是MEMS器件的要求,以使可動部件具有活動性,并運動自如。因為在“真空”中,就可以大大減小甚至消除摩擦,既能減小能源消耗,又能達(dá)到長期、可靠地工作目標(biāo)。
7)高氣密性。一些MEMS器件,如陀螺儀,必須在穩(wěn)定地氣密性條件下方能可靠、長期地工作。嚴(yán)格地說,封裝都是不氣密的,所以只有用高氣密性的封裝來解決穩(wěn)定的氣密性問題。有的MEMS封裝氣密性要求達(dá)到1×10E-12Pa·m3/s。
8)高隔離度。MEMS的目標(biāo)是把集成電路、微細(xì)加工元件和MEMS器件集成在一起形成微系統(tǒng),完成信息的獲取、傳輸、處理和執(zhí)行等功能。MEMS常需要有高的隔離度,對MEMS射頻開關(guān)更為重要。
9)特殊的封裝環(huán)境與引出。某些MEMS器件的工作環(huán)境是液體、氣體或透光的環(huán)境,MEMS封裝必須構(gòu)成穩(wěn)定的環(huán)境,并能使液體、氣體穩(wěn)定流動,使光纖輸入具有低損耗、高精度對位的特性等。