微機電系統(tǒng)（MEMS）是一種使能技術。它將半導體技術的多功能性與機械結構的功能性融合在一起，從而開辟了全新的應用領域。MEMS 技術使智能手機能夠提供方向或健身追蹤器，以檢測我們何時跑步、坐著或睡覺。但是，MEMS 技術可以做的不僅僅是“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，對基于 MEMS 的射頻濾波器的需求預計會增加，因為它們可以在插入損耗和可以處理的功率方面提供更高的性能。Yole Developpement SA 等分析師預計，在 2018 年至 2023 年期間，MEMS 射頻濾波器市場的增長速度將遠高于其他市場（包括用于消費應用的傳感器）。

該技術是指特征尺寸在 1 到 100 微米之間的結構（小于 1 微米的物體稱為納米機電系統(tǒng)或納米技術）。

這種規(guī)模的物體可以在機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)品的原理對于縮小到這個水平?jīng)]有問題。這包括電容、電感、磁性和光學。當與形成可移動物體的能力相結合時，更容易想象微鏡如何在通信設備中偏轉光線，或者如何在射頻濾波器中調(diào)整可變電容器。

由微型電機構成的執(zhí)行器可用于利用磁力、膨脹甚至蒸汽對電子元件進行物理調(diào)整。例如，微型斯特林發(fā)動機已在執(zhí)行物理工作的 MEMS 設備中制造，例如使用電加熱在活塞內(nèi)膨脹的流體。

用于制造 MEMS 設備的基本制造工藝基于半導體制造。這不是意外。所有半導體都是使用沉積和光刻的組合制造的。大多數(shù)被認為是平面設備。它們的特征（晶體管）在基板的 X 軸和 Y 軸上延伸。一些稱為溝槽晶體管的功率器件以某種方式延伸到 Z 軸。MEMS 將這一概念進一步推進了兩個階段，通過使用相同的沉積材料選擇性去除材料的過程創(chuàng)建 3D 結構，然后使這些結構能夠物理移動。

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

運動感應已經(jīng)徹底改變了消費設備，它也被應用于汽車、醫(yī)療和工業(yè)等其他垂直行業(yè)。在 MEMS 設備中，運動通常被檢測為質(zhì)量的位移，通過小柱或一些其他形式的系繩連接到主基板。通過這些系繩傳遞到基板的運動導致電容或電阻的變化，這在與上述相同的情況下是可測量的。

微機械機器包括致動器，使用傳動裝置、棘輪和其他形式的機械元件將小規(guī)模運動轉化為有用的工作。微流體致動器現(xiàn)在通常用于噴墨打印機以沉積少量墨水。微型泵和微型閥用于控制納升或皮升體積。相同的技術被用于創(chuàng)建所謂的“芯片實驗室”，它正在徹底改變生物學研究和分析領域。

將 MEMS 推向大批量生產(chǎn)

分析師 Allied Market Research 預測，到 2026 年，全球 MEMS 市場價值將超過 1220 億美元。這要歸功于 2019 年至 2026 年間 11.3% 的復合年增長率。未來幾年出貨的 MEMS 器件明顯增加。

這一增長歸因于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴技術、智能消耗品等大趨勢的影響，以及自動駕駛汽車和整個汽車行業(yè)的新興需求。與此相結合，預計制造工藝領域將取得積極發(fā)展，從而提高可靠性。

包裝是制造過程的關鍵部分。對于大多數(shù) MEMS 器件，包括慣性、壓力和溫度傳感器，最常見的封裝類型是腔體封裝。這提供了敏感機電基板所需的保護，同時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 活動相關聯(lián)的，當時的重點是性能，而不是大批量。因此，并非所有用于 MEMS 的腔體封裝對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，該技術已開發(fā)用于支持批量生產(chǎn)。這包括能夠為應用和使用的電鍍類型選擇最合適的材料。UTAC 提供的蓋貼附技術支持金屬、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的部件，因此它們的封裝必須包含自由空間。它們相對脆弱的性質(zhì)也使它們在常規(guī)半導體芯片在封裝過程和使用的材料過程中可以承受的應力方面處于劣勢。例如，芯片涂層必須對 MEMS 的需求敏感，同時仍能提供保護。減少壓力，MEMS 器件在后端組裝過程中受到的壓力將提高產(chǎn)量并最大限度地延長其工作壽命。

隨著可穿戴設備等應用的需求，對更小 MEMS 組件的需求也在增加。結果是包裝內(nèi)的空腔（可以被認為是受控氣氛）也變得越來越小。這更加強調(diào)了對高質(zhì)量和可靠封裝技術的需求，重點是選擇能夠為封裝設計、制造、組裝和測試階段提供全面方法的合作伙伴。

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

MEMS 器件的封裝類型

在小批量或小眾應用中，封裝格式的選擇不如設備執(zhí)行方式重要。然而，通過轉向標準化封裝輪廓，制造商可以期望在大批量時獲得更高的產(chǎn)量和更高的可靠性。這是供應商現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)，也是外包半導體組裝和測試供應商或 OSAT （如 UTAC）正在集中精力的領域。

UTAC 能夠提供標準格式的 MEMS 封裝，包括 GQFN、QFN 和 SOIC。對于帶蓋的腔體 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)團隊在滿足客戶要求的同時遵守最佳實踐以確保高可靠性方面擁有豐富的經(jīng)驗。這一點在 UTAC 目前生產(chǎn)的各種 MEMS 器件中顯而易見。這些設備包括振蕩器、射頻調(diào)諧器和用于檢測運動的傳感器。還包括磁力計、加速度計和陀螺儀等方向，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