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MEMS技术基础有哪些?再谈MEMS封装技术

2021-02-23
类别:基础知识
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文章创建人 拍明芯城

原标题:MEMS技术基础有哪些?再谈MEMS封装技术

  MEMS,也就是微机电系统。在电子领域,大家对MEMS通常都具备一定的了解。为增进大家对MEMS的认识程度,本文同样基于两点介绍MEMS技术:1.MEMS封装技术,2.MEMS技术的基础。如果你对MEMS技术,抑或是对MEMS相关内容具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

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  一、MEMS封装技术

  MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域,相对于传统的机械,它们的尺寸更小,最大的不超过一个厘米,甚至仅仅为几个微米,其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料,采用与集成电路(IC)类似的生成技术,可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺,进行大批量、低成本生产,使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

  完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

  MEMS器件的封装形式是把基于MEMS的系统方案推向市场的关键因素。研究发现,当今基于MEMS的典型产品中,封装成本几乎占去了所有物料和组装成本的20%~40%。由于生产因素的影响,使得封装之后的测试成本比器件级的测试成本更高,这就使MEMS产品的封装选择和设计更加重要。

  MEMS器件设计团队在开始每项设计前,以及贯穿在整个设计流程中都必须对封装策略和如何折中进行考虑和给与极大的关注。许多MEMS产品供应商都会把产品封装作为进行市场竞争的主要产品差异和竞争优势。

  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。器件应该能够在这样的严苛环境下与被测量的介质非常明显地区别开来。这些介质可能是像干燥空气一样温和,或者像血液、散热器辐射等一样严苛。

  首先,MEMS器件的封装必须能够和环境进行相互影响。MEMS器件的封装也必须满足其他一些机械和散热裕量要求。作为MEMS器件的输出,可能是机械电机或压力的变化,因此,封装的机械寄生现象就有可能与器件的功能相互影响和干扰。当封装中不同材料混合使用时,它们的膨胀和收缩系数不同,因此,这些变化引起的应力就附加在传感器的压力值中。

  在光学MEMS器件中,由于冲击、震动或热膨胀等原因而产生的封装应力会使光器件和光纤之间的对准发生偏移。在高精度加速度计和陀螺仪中,封装需要和MEMS芯片隔离以优化性能。

  

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  二、MEMS技术基础

  MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域,几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。其研究内容一般可以归纳为以下三个基本方面:

  1.MEMS理论基础:

  在当前MEMS所能达到的尺度下,宏观世界基本的物理规律仍然起作用,但由于尺寸缩小带来的影响(Scaling Effects),许多物理现象与宏观世界有很大区别,因此许多原来的理论基础都会发生变化,如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等,因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。这一方面的研究虽然受到重视,但难度较大,往往需要多学科的学者进行基础研究。

  2.MEMS技术基础:

  MEMS的技术基础可以分为以下几个方面:(1)设计与仿真技术;(2)材料与加工技术(3)封装与装配技术;(4)测量与测试技术;(5)集成与系统技术等。

  3.MEMS应用研究:

  人们不仅要开发各种制造MEMS的技术,更重要的是如何将MEMS技术与航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域相结合,制作出符合各领域要求的微传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。


责任编辑:David

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