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相結合，開辟了全新的應用領域。MEMS技術使智能手機能夠提供方向，或健身追蹤器來檢測我們何時跑步，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RF濾波器的需求預計將增加，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 RF濾波器市場的增長速度將遠高于市場其他市場（包括用于消費應用的傳感器）。

該技術是指具有1至100微米特征的結構（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很難接受，但支撐電子學的許多原理都沒有縮小到這個水平的問題。這包括電容、電感、磁性和光學器件。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偏轉通信設備中的光，或者在RF濾波器中調整可變電容器。

可以利用由微型電機組成的執(zhí)行器，利用磁性、膨脹甚至蒸汽來物理調節(jié)電子元件。微型斯特林發(fā)動機是在執(zhí)行物理工作的MEMS設備中制造的，例如，使用電力來加熱在活塞內膨脹的流體。

用于制造MEMS器件的基本制造工藝基于半導體制造。這不是偶然的。所有半導體均采用沉積和光刻技術的組合制造。大多數被認為是平面設備。它們的特征（晶體管）在基板的X軸和Y軸上延伸。一些功率器件，稱為溝槽晶體管，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，通過使用相同的過程創(chuàng)建3D結構，即有選擇地去除材料，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膜片，其運動調節(jié)材料的電阻或電容特性。在MEMS麥克風的情況下，運動將由調制聲波引起，但壓力傳感器使用相同的原理。其他類型的環(huán)境傳感器，如濕度和溫度，通過檢測沉積材料中由于被測量介質引起的電容和/或電阻的變化來工作。

運動傳感已經徹底改變了消費類設備，它也被應用于其他垂直行業(yè)，如汽車、醫(yī)療和工業(yè)行業(yè)。在MEMS器件中，運動通常被檢測為質量的位移，通過小柱或其他形式的系繩附著在主基板上。通過這些系繩傳遞到基板上的運動導致電容或電阻的變化，這是可以測量的，如上所述。

微機械包括執(zhí)行器，使用變速器，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。微流體致動器現在通常用于噴墨打印機中以沉積少量墨水。微型泵和微型閥用于控制納升或皮升的體積。同樣的技術被用于創(chuàng)建所謂的“芯片實驗室”，這些實驗室正在徹底改變生物學研究和分析領域。

將MEMS帶入大批量生產

分析師Allied Market Research預測，到2026年，全球MEMS市場的價值將超過1220億美元。這要歸功于 2019 年至 2026 年間 11.3% 的復合年增長率。隨著平均售價的下降，未來幾年將出貨的MEMS器件數量明顯大幅增加。

這一增長歸因于物聯(lián)網、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汽車行業(yè)的新興需求。除此之外，預計制造工藝領域將有積極的發(fā)展，從而提高可靠性水平。

包裝是制造過程的關鍵部分。對于大多數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。這提供了敏感的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MEMS活動相關的，當時的重點是性能，而不是大批量。因此，并非所有MEMS型腔封裝對于大批量生產都具有成本效益。

UTAC提供一種腔蓋包裝技術，該技術已被開發(fā)用于支持批量生產。這包括能夠為應用和所使用的電鍍類型選擇最合適的材料。UTAC提供的蓋子固定技術支持金屬、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連接需求。

由于MEMS包含的部件必須能夠自由移動，因此其封裝必須包括自由空間。它們相對脆弱的性質也使它們在常規(guī)半導體芯片在封裝過程中可以承受的應力和所使用的材料方面處于劣勢。例如，芯片涂層必須對MEMS的需求敏感，同時仍提供保護。為了降低應力，MEMS器件在后端組裝過程中暴露在薄膜下，將提高良率并最大限度地延長其使用壽命。

隨著可穿戴設備等應用的需求，對更小的MEMS元件的需求也在增加。結果是包裝內的空腔（可以被認為是受控氣氛）也變得越來越小。這更加強調對高質量和可靠包裝技術的需求，重點是選擇能夠在包裝設計、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芯片時必不可少，引線鍵合和壓縮成型以降低應力。用于芯片粘接和模塑料的低應力材料在這里是必不可少的，并且代表了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器件的性能重要。然而，通過轉向標準化的包裝大綱，制造商可以期待更高的產量和更大的可靠性。這是供應商現在面臨的挑戰(zhàn)，也是外包半導體封裝和測試提供商（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。帶蓋的型腔 LGA、包覆成型 LGA 和陶瓷型腔 QFN 也是如此。所有這些封裝類型現在都在大批量生產，具有各種主體尺寸和線材類型以及不同的外形尺寸。

UTAC的研發(fā)團隊在滿足客戶要求方面擁有豐富的經驗，同時遵守最佳實踐以確保高可靠性。UTAC目前正在生產的各種MEMS器件可以明顯看出這一點。這些器件包括振蕩器、射頻調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的環(huán)境傳感器。

隨著MEMS解決方案進入更大的批量，使用正確的OSAT將變得更加重要。UTAC為MEMS封裝設計、組裝和測試提供全方位服務，擁有制造商在選擇值得信賴的OSAT合作伙伴時所尋求的專業(yè)知識和經驗。

審核編輯：郭婷