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博九MEMS传感器封装解析

发布日期:2021-04-27 13:27

  相对于压力传感器而言,MEMS压力传感器是一个比较新的技术分支,其拥有多种性能优势,包括无机械疲劳或老化、输出信号稳定、灵敏度高、体积小、适合批量大规模生产等。就体积而言,其封装可以做到1mm x 1mm,甚至更小。另外,低压应用封装结构灵活,可实现晶圆级封装,可与ASIC单片/系统集成,这些优点也使得其得以迅速崛起,到现在已经基本成熟起来。

  但是在生产和应用过程中,MEMS压力传感器的缺点也表现地较为突出。例如MEMS晶圆芯体生产工艺相对复杂;在不锈钢充油和倒装焊技术中,中高压封装成本较高等。

  主流压力传感器按照检测原理和器件结构基本可以划分为:不锈钢微熔传感器、陶瓷/电容式传感器、压阻式传感器及电容式传感器。而MEMS技术主要用来替代传统的压阻式和电容式传感器。由于压阻式压力传感器具有核心简单、信号处理简单、可靠性高等优点,“简单好用+便宜”使得压阻式占据了大部分的市场份额,电容式仅有很小的一部分。主流压力传感器的市场状况如图1所示。

  虽然MEMS传感器在替代传统的传感器器件,但是不锈钢和传统的陶瓷类技术仍然占有较大的市场份额。其主要原因是MEMS的封装技术至今仍无法突破,这对MEMS传感器进一步推广和应用形成了很大的阻碍。

  可以说,一个好的芯片只有拥有好的封装才算拥有“不死之身”。就作用而言,封装主要解决以下几个问题:

  目前,针对MEMS传感器主要有三种主流的封装方案,即MEMS+硅凝胶、扩散硅-不锈钢充油和倒装焊,三种封装示意图如图2所示。

  MEMS芯片设计都需要考虑封装,甚至针对封装进行特殊优化。图3给出了几个较好的针对封装进行特殊优化设计的MEMS芯片方案。其中,上面采用了玻璃仓加硅模的方案,特点是电阻处于真空中,抗环境干扰能力强,稳定性好;下面是三家主流厂商TSV和TGV倒装焊结构,其特点是没有Wire bond、抗振动冲击,同时,有些技术方案中应用了SiO2介质隔离,从而能够适应高温环境。另外,据盾安传感科技公司技术总监段飞表示,盾安传感科技自主研发设计的一款MEMS芯片中也针对封装进行了特殊优化。

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