《MEMS封裝和測試培訓課程》課前預習：器件級封裝技術

器件級封裝技術介紹

器件級封裝也稱單晶片封裝（Single Chip Package），是對單個的電路或元器件晶片進行封裝，以提供晶片必要的電氣連接、機械支撐、熱管理、隔離有害環境、以及後續的應用接口。

對兩個或兩個以上的晶片進行封裝稱為多晶片封裝（Multi-chip Package），或多晶片模組（Multi-chip Module）。

器件級封裝是MEMS封裝技術中非常重要的環節，其種類繁多，基本功能包括以下幾個方面：

1. 可靠的電信號輸入/輸出傳輸，穩定的供電保障；

2. 滿足模組構建和系統封裝時對器件的要求，在二級封裝後發揮有效的信號傳輸和供電保障作用；

3. 通過插裝、SMT等互連方案，使器件在下一級封裝時被實裝到基板上能正常工作；

4. 提供有效的機械支撐和隔離保護，防止外界環境對器件可靠性的影響；

5. 提供物理空間的過渡，使晶片可以應用到各種不同尺度的基板上；

6. 滿足器件的散熱要求。

器件級封裝的主流技術有引線鍵合、金屬封裝、塑料封裝和陶瓷封裝。

下面對這四種封裝技術進行介紹。

引線鍵合

目前廣泛使用的互連技術有引線鍵合（Wire Bonding，WB）、載帶自動焊技術（Tape Automated Bonding，TAB）和倒裝焊技術（Flip Chip Bonding，FCB）。

引線鍵合技術，又稱作線焊技術和引線連接，其技術成熟、工藝簡單、成本低廉，因此是目前大部分MEMS器件採用的封裝方式。

引線鍵合器件示意圖

按鍵合工藝特點分為超聲鍵合、熱壓鍵合和熱超聲鍵合，適合不同的引線材料。

如金絲主要應用於熱壓鍵合和熱超聲鍵合，鋁絲和鋁合金絲適合超聲鍵合。

工藝控制的關鍵點有溫度控制、精確定位控制和工作參數設定等。

溫度過高，會產生過多的氧化物，影響鍵合質量；溫度過低將無法去除金屬表面氧化膜，無法促進金屬原子間的接觸。

精確定位控制一般通過精密導軌控制、精密模具控制及精密光電控制相結合的方式實現。

工作參數設定包括電子打火的電壓、電流、頻率、振幅、鍵合壓力、時間等參數來保證焊接點的精度、焊接質量和器件可靠性。

塑料封裝

塑料封裝一般指傳遞模注封裝，是一種非氣密性封裝。

主要工藝流程包括矽片減薄、切片、晶片貼裝、引線鍵合、轉移成型、後固化、去飛邊毛刺、上焊錫、切筋打彎、打碼等多道工序。

按封裝工序也可以分為前後道工序，即用塑封料塑封前的工藝步驟稱為裝配或前段工藝，其後的工藝步驟稱為後段工藝。

塑料封裝的前段工藝流程示意圖

塑料封裝的後段工藝流程示意圖

塑料封裝材料是以環氧樹脂為基礎成分，添加了各種添加劑的混合物。

常見的塑封材料分為四種類型：環氧類、氰酸酯類、聚矽酮類和氨基甲酸乙酯類。

作為一種非氣密封裝，塑料封裝最主要的缺點就是對潮氣比較敏感，因此對晶片工藝設計有一定的要求，如改進晶片鈍化層，提高工藝質量，優化封裝工藝等來加以解決，但難以根除。

因此不適用於對氣密性要求高的器件。

陶瓷封裝

封裝體所使用的主體材料為陶瓷的封裝技術稱為陶瓷封裝。

雖然塑料封裝方式在尺寸、質量、成本和實用性等方面都優於陶瓷封裝，但陶瓷封裝最大的優勢——氣密性，帶來的優良的防潮防濕性能和高可靠性，恰恰是塑料封裝的「軟肋」。

除此以外，陶瓷封裝還具有高頻絕緣性能良好，在電、熱、機械方面極其穩定的特點。

陶瓷封裝流程

金屬封裝

金屬封裝是採用金屬作為殼底，晶片直接或通過基板安裝在外殼或底座上的一種封裝形式。

其具有良好的散熱能力和電磁場屏蔽，用於高可靠性要求和定製的專用性氣密封裝，適用於射頻、微波、光電、SAW等MEMS器件。

金屬封裝的工藝流程包括金屬封裝蓋板製作、金屬封裝殼體製作、金屬引腿製作、玻璃絕緣子製作、封裝模具製作、絕緣子/引腿組裝、組裝到殼體上、高溫燒結、晶片減薄/劃片、粘片/鍵合、封蓋。

封蓋工藝是金屬封裝比較特殊的一道工藝，需要注意的是封裝蓋板和殼體的封接面上不可以出現任何空隙或者沒有精準對準。

為了減少水汽等有害成分，封蓋工藝一般在氮氣等乾燥保護氣氛下進行。

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