片上MEMS

MEMS与ASIC的单芯片化
- 新型整合理念的范例 -

Murata Electronics Oy (以下简称MFI) 开发出了将MEMS传感器元件与ASIC整合在一块芯片上的新理念: 片上MEMS (CoM: Chip on MEMS) 。该理念的基础是晶圆级3D MEMS、晶圆级封装 (WLP) 技术和片上晶元技术三者的结合。尽管CoM的形式在数年之前就已经出现,但若要与创新的方法相结合,封装的难点就会逐渐凸显。如今MFI已经成功攻克了将MEMS与电路高效整合的技术难关。

其结构为,将再配线层与绝缘层布于MEMS上,然后再接合上300µ的焊锡球和倒装芯片ASIC。ASIC与MEMS之间填充了底部填充胶。接着进行晶圆级的检验以判断是否合格。组装和检验都结束以后,就将对晶圆进行切割,在经过最终测试工序之后就可以编带并装箱了。传感器特性的校准是在切割前的检验工序进行的。

基于CoM (片上MEMS) 技术最先制造出的功能完整的MEMS传感器的尺寸为: 面积4mm²,高1mm。该技术已实现商品化和产业化。

- 系统整合的新方向 -

倒装晶片MEMS是MFI实现单芯片化的第一步。采用了不同于以往封装形式 (外壳、引线框架、基板等) 的全新结构。与过去的封装相比,CoM更容易实现小型化,低廉化。CoM生产甚至可以无需改造原先的半导体工程设备。

虽然CoM (片上MEMS) 并非史无前例地将MEMS与ASIC进行晶圆级结合,但通过CoM,我们得以解决许多在以往的工艺流程中存在的问题。CoM中的MEMS装置与ASIC在生产过程中是完全隔离的,在接合前可以分别对两者进行全数测试。因此不会发生由于尺寸不匹配而导致的浪费,也不会在MEMS与ASIC进行密封时产生浪费。

在CoM工艺中,MEMS元件需要比ASIC的尺寸略微大一些。同时,ASIC尺寸也不能过小,否则将导致I/O引脚数量受到限制。当前我们采用的是倒装晶片CoM,未来将考虑采用嵌入式MoC。所谓智能化MEMS技术,就是通过在MEMS晶圆上的聚合物层中嵌入相当薄的ASIC,并通过蒸镀金属膜的方式在MEMS与ASIC之间形成可达多层的电路连接的技术。智能化MEMS技术可以实现基于MEMS的微型系统,以及多层处理电路的一体化。


图1: 片上MEMS的概念图。合格的ASIC会被置于合格的MEMS之上。                     图1: 片上MEMS的概念图。合格的ASIC会被置于合格的MEMS之上。

图1: 片上MEMS的概念图。合格的ASIC会被置于合格的MEMS之上。


图2: 焊锡球成列地排列在晶圆上,ASIC以倒装芯片的方式进行接合。最后用底部填充胶来强化表面稳定性和可靠性。                      图2: 焊锡球成列地排列在晶圆上,ASIC以倒装芯片的方式进行接合。最后用底部填充胶来强化表面稳定性和可靠性。

图2: 焊锡球成列地排列在晶圆上,ASIC以倒装芯片的方式进行接合。最后用底部填充胶来强化表面稳定性和可靠性。