MEMS的主流集成技術(shù)

MEMS技術(shù)已經(jīng)迅速從一種標新立異的概念轉化為各種實(shí)用的演示樣品，而且繼續向早期產(chǎn)品演進(jìn)。這種轉變的速度完全是建立在巧妙利用現有集成電路工藝的制造能力基礎之上的：廠(chǎng)房、設備、加工、工藝、材料及人員，幾乎整個(gè)一千億美元規模的產(chǎn)業(yè)基礎設施都可以用來(lái)支持MEMS技術(shù)。
如果說(shuō)，MEMS的最初成功，其基礎在于與IC產(chǎn)業(yè)之間的相似性，那么現在限制MEMS市場(chǎng)發(fā)展的問(wèn)題則來(lái)源于MEMS和IC的本質(zhì)差別上，這些差別使得MEMS游離于發(fā)展主流之外。
MEMS和IC的關(guān)鍵性差別在于：

集成電路在以圓片(圓片是指硅材料制成的圓盤(pán)，作為一個(gè)整體完成各項半導體工藝的加工，隨后被分割為多個(gè)單獨的“芯片”，然后再封裝、銷(xiāo)售)形式離開(kāi)IC代工廠(chǎng)(foundry)中受到精確控制的環(huán)境前，它所采用的工藝使之對環(huán)境影響并不敏感。而在圓片上制成的MEMS器件在完成封裝之前，一般始終對其環(huán)境影響十分敏感，這使得代工廠(chǎng)之后對MEMS的每一步操作(圓片分割、在封裝上的放置、電氣連接的形成、封裝密封)都必然不同于對IC的操作，其成本較高。

增值機遇
這些差別提供了大量增值的機會(huì )。
集成電路最關(guān)鍵的要素是集成化。第一款PC處理器集成了不到3萬(wàn)只晶體管，而今天，處理器上的晶體管數量超過(guò)了1億只。這種能集成越來(lái)越多功能的能力來(lái)自廣為人知的“Moore 定律”——功能每18個(gè)月翻一番，而成本基本持平。相對來(lái)講，MEMS器件仍屬于未集成化的產(chǎn)品。雖然一片IC常?？梢园汛鎯?、計算和通信集成到一起，但MEMS一般只能完成一項功能，而且必須與其他器件(往往是IC)一起使用才能形成可推向市場(chǎng)的產(chǎn)品。這一限制是MEMS工藝流程所固有的，其工藝與IC制造工藝有很大的不同。把MEMS和IC融合成為同一塊集成芯片的工藝，就會(huì )使IC性能受限，MEMS性能也要作出犧牲，成本亦較高，在降低成本方面希望渺茫。IC工藝的復雜程度是以掩膜的多少來(lái)衡量的，標準的一套工藝可能需要30層掩膜。據對SOC部分進(jìn)行估計，對改進(jìn)IC工藝流程以支持MEMS解決方案的嵌入，將需要增加多至14層的掩膜。工藝復雜程度和MEMS所占用的芯片面積出現大的增長(cháng)，將會(huì )使成品率及成本受到嚴重影響(成品率與芯片面積和工藝復雜程度之間存在負指數關(guān)系)。

MEMS與IC實(shí)現經(jīng)濟有效集成的方法
因為MEMS器件制作在圓片表面而且能發(fā)生移動(dòng)，所以它們常常需要表面上沒(méi)有東西阻礙其運動(dòng)。于是，在圓片加工的最后階段，當器件要被劃開(kāi)并封裝時(shí)，就不能象處理IC那樣處理MEMS器件，每一塊分開(kāi)的裸片都需要采用特殊的處理和封裝方法，這給成本帶來(lái)了極為不利的影響。因此，雖然IC方面已經(jīng)為這些操作建立了完善的標準和基礎設施，但MEMS封裝仍主要屬于定制開(kāi)發(fā)，與IC封裝相比在產(chǎn)品成本中占很大比重(成本的40％~90％)。

基于Foundry的MEMS圓片級灌封
從根本上來(lái)說(shuō)，MEMS器件利用材料的機械特性，而IC則利用電特性。因此，機械上的干擾對MEMS來(lái)說(shuō)影響甚于對IC的影響。因此，實(shí)踐證明是可靠的IC封裝方式卻會(huì )對MEMS性能造成嚴重損害，尤其在應力(材料受力)方面危害更嚴重。 例如，人們用樹(shù)脂把IC“粘”到封裝中，而如果用同樣的材料和方法把MEMS“粘”到封裝中的話(huà)，則器件性能和穩定性就會(huì )發(fā)生極大的改變。此外，應力的影響會(huì )隨著(zhù)工作溫度的變化發(fā)生顯著(zhù)的改變，如果得不到控制，這就會(huì )造成讓人無(wú)法接受的器件性能變化，同時(shí)，受到控制的應力也可以幫助人們增強器件性能或穩定性。

MEMS灌封及封裝中的應力控制
正如上面提到過(guò)的那樣，灌封好的MEMS器件需要表面上的凈空。同時(shí)，保證器件的可靠性也要求必須對表面的化學(xué)成本進(jìn)行嚴格控制。處理方法起著(zhù)至關(guān)重要的影響，其種類(lèi)很多，從簡(jiǎn)單的干燥劑一直到“潤滑增強劑”或其它專(zhuān)有的處理方法。在對器件進(jìn)行灌封或器件工作的過(guò)程中，從密封材料逸出的氣體或者透過(guò)密封層漏入的外界氣體都會(huì )給表面帶來(lái)意料之外的改變?！?