了解概念

MEMS全稱Micro-Electro-Mechanical System，即微機電系統。

MEMS與IC的不同

加工對象不同

MEMS

主要針對微機電系統進行加工制造，對象涵蓋微傳感器、微執行器等，例如微加速度計、微陀螺儀，注重機械結構與電子電路的集成，實現微型化的機械運動和傳感功能。

IC

聚焦于半導體材料（如硅等）來制造集成電路，像CPU、存儲芯片等，核心是構建晶體管等電子元件，并實現復雜的電路連接以具備特定的邏輯運算、存儲等功能。

工藝復雜度不同

MEMS

除了有類似半導體的光刻、刻蝕等常規步驟外，因要制造出高深寬比的微結構和懸臂結構，往往還需增加如犧牲層工藝等特殊步驟，整體復雜度較高且不同器件間工藝差異可能較大。

IC

側重于在半導體襯底上構建多層、高精度的電子電路結構，雖工藝步驟繁多但相對標準化程度較高，尤其是大規模生產同類型芯片時，可按成熟流程高效開展。

材料不同

MEMS

除常用的硅材料外，還會使用多種材料，如壓電材料（用于實現機械能和電能轉換）、金屬材料（構建電極、連接等）等，不同功能結構采用不同材料組合。

IC

主要以硅等半導體材料為基礎，輔以少量的金屬（用于布線等）、絕緣材料（實現隔離）等，材料種類相對較為集中，重點是利用半導體的電學特性構建電路。

MEMS產品類別

MEMS 傳感器按感知物理量分為五大類別

01

力學傳感器

感知力、壓力、加速度等力學信號，是應用最廣的類別。

典型產品：加速度計（手機橫豎屏切換）、陀螺儀（手機游戲姿態控制）、壓力傳感器（電子血壓計）。

02

聲學傳感器

將聲音信號（機械振動）轉化為電信號。

典型產品：MEMS 麥克風（耳機、手機錄音）、MEMS 揚聲器（微型音響設備）。

03

光學傳感器

檢測光的強度、波長、相位等光學特性。

典型產品：MEMS 紅外傳感器（體溫槍）、MEMS 微鏡（投影儀、激光雷達）。

04

磁學傳感器

感知磁場強度和方向。

典型產品：MEMS 磁強計（手機指南針、導航定位輔助）。

05

環境傳感器

檢測溫度、濕度、氣體等環境參數，部分依賴微機械結構實現。

典型產品：MEMS 溫濕度傳感器（智能家居）、MEMS 氣體傳感器（空氣質量檢測儀）。

不同 MEMS 傳感器及其典型應用場景的對照表：

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MEMS晶圓的選擇

不同類型的 MEMS 傳感器根據其性能要求和工作原理，會采用不同的晶圓材料和結構。

01

加速度計和陀螺儀

加速度計和陀螺儀通常采用單晶硅晶圓、SOI晶圓，利用硅的壓阻效應或電容變化來檢測加速度和角速度。

02

壓力傳感器

單晶硅晶圓是壓力傳感器的常用選擇，通過壓阻效應將壓力轉換為電信號。對于一些需要在高溫或惡劣環境下工作的壓力傳感器，會采用SiC晶圓，其禁帶寬度大，能耐受 500℃以上高溫。此外，SOI 晶圓也可用于壓力傳感器，實現三維結構的精準定義。

03

聲學傳感器

SOI 晶圓可用于聲學傳感器（包括麥克風和揚聲器等）

04

光學傳感器

SOI晶圓是光學傳感器常用的襯底，帶有薄膜的空腔型 SOI 硅片可用于超聲波換能器。

05

諧振器

可采用全系列的鍵合SOI晶圓或帶內置圖案的晶圓作為諧振器的襯底。

對于簡單結構、無特殊空間或材料集成需求的MEMS器件，可直接在單晶圓上完成制造，而多層結構集成、異質材料集成、需要形成封閉空腔的MEMS器件，晶圓必定需要依賴鍵合工藝實現核心功能。

MEMS封裝切割要點

MEMS封裝過程中，對晶圓的切割，核心是在不損傷微機械結構的前提下，實現高精度、低應力的分離。傳統IC晶圓切割有顯著區別的是，MEMS器件含有懸空結構、薄膜或空腔，切割過程中的應力、污染稍有不慎就會導致器件失效。

劃片刀為接觸式切割，適用于多數硅基MEMS晶圓，比如MEMS麥克風。因為切割時產生較大機械應力，所以需配合高壓冷卻液，防止結構污染或熱損傷。必要時可采用分步切割，先切淺槽再切透，減少單次切割的應力沖擊。對于結構脆弱的MEMS晶圓，需要采用非接觸式的激光切割。