MEMS創(chuàng)新工藝解決微型MEMS的無縫互連挑戰(zhàn)

　　目前業(yè)界正在向晶圓級封裝轉(zhuǎn)移，在整個(gè)封裝完成時(shí)MEMS 器件仍將處于晶圓格式。許多MEMS 專家認(rèn)為這種新興技術(shù)是非常理想的方案，它不僅使MEMS 芯片與其它芯片集成的工藝流水線化，而且降低了整體成本。

　　目前已有成功的例子。例如Tessera 的圖像檢測芯片，它采用的是公司的Shellcase 技術(shù)(參見“Razor-Thin Package Sharpens Image-Sensing Applications”)。象壓力傳感器、加速計(jì)和其它MEMS 芯片受益于晶圓級封裝只是時(shí)間問題。

　　Tessera/Shellcase 例子代表了將芯片堆疊成更薄的整體封裝結(jié)構(gòu)的趨勢。不過真正的三維集成是另外一個(gè)挑戰(zhàn)，它要求互連方法能減少互連線的平均長度，以便克服芯片越來越薄時(shí)性能受限的問題。

　　Tezzaron 半導(dǎo)體公司的垂直銅互連技術(shù)SuperVia 被廣泛用于MEMS 綁定/校正設(shè)備以及獨(dú)特基底的創(chuàng)建。據(jù)該公司透露，該方案的銅到銅綁定不僅滿足而且超過了互連的最小強(qiáng)度要求，甚至超過了典型的銅到二氧化硅(SiO2)接口的強(qiáng)度。

　　一些成功的商用案例

　　許多MEMS 芯片制造商已經(jīng)成功利用傳統(tǒng)的IC 處理工藝生產(chǎn)出帶信號調(diào)整電路的MEMS芯片。然而，這些工藝中有許多是自己開發(fā)的，或從其它成熟公司獲得的許可。

　　模擬器件公司(ADI)在十多年前就利用表面顯微機(jī)械加工技術(shù)率先開發(fā)出單片MEMS 加速計(jì)。在那以前，所有其它MEMS 器件都是采用大塊顯微機(jī)械加工技術(shù)生產(chǎn)的。ADI 則采用了biCMOS 工藝，其中MEMS 結(jié)構(gòu)與信號處理電路緊靠著排放。

　　首先，選擇性蝕刻被應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)IC 光刻工藝。然后在多晶硅層沉積一層犧牲性氧化層。生成的三維MEMS 結(jié)構(gòu)就懸浮在基底上。biCMOS 工藝被廣泛用于信號處理電路(圖2)。

　　Akustica 公司的單片CMOS MEMS 麥克風(fēng)芯片包含一個(gè)金屬化層，該層被引出后連接到獨(dú)立制造的CMOS 信號處理電路。制造工藝的最后一步是去除犧牲性氧化層(圖3)。

　　SiTime 和Bosch Sensortec 在MEMS 芯片和信號處理電路商用化方面也取得了成功。SiTime采用了Bosch 許可的MEMS First CMOS 工藝。據(jù)此將帶有溫度補(bǔ)償電路的MEMS 時(shí)序電路集成進(jìn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝中(圖4)。

　　Discera 公司也成功制造出了MEMS 時(shí)序電路。但與Bosch 和SiTime 不同的是，Discera 在CMOS 信號處理電路制造完成后將MEMS 結(jié)構(gòu)放在下面。最近該公司還推出了一個(gè)可編程的雙芯片MEMS 時(shí)序電路。MEMS 諧振器被放在封帽后的結(jié)構(gòu)中，再利用晶圓級工藝將信號調(diào)整ASIC 通過線綁定互連到諧振器結(jié)構(gòu)。

　　更成功的MEMS 芯片商用化案例之一是TI 公司的數(shù)字光學(xué)處理(DLP)技術(shù)。TI 的MOEMS數(shù)字微鏡器件(DMD)采用的就是這種技術(shù)。DMD 芯片已經(jīng)成為屏幕對角線長度在60 英寸以上的家庭影院、背投、高清電視的基礎(chǔ)。然而，MOEMS 在互連和封裝方面遇到的挑戰(zhàn)比MEMS 芯片更為艱巨(參見“互連MOEMS 芯片”)。

　　微流體(microfluidic)挑戰(zhàn)

　　互連MEMS 芯片的挑戰(zhàn)已經(jīng)夠大的了，但與互連微流體MEMS 相比就算不了什么，后者要求非常專業(yè)的封裝和電路板。微流體的要求比MEMS 芯片及其電子互連高得多，需要采用類似鉛制造的方法來處理液體、氣體和固體?？傊鼈兺ǔＰ枰黧w連接器和耦合以及光通道(圖5)。

　　互連這些微流體芯片的最佳方法是使用壓接互連至用聚二甲基硅氧烷(PDMS)成型的微流體通道。首先，在PDMS 上鉆一個(gè)小洞，并用一個(gè)微型針接入成型或埋入的微通道。然后用另外一個(gè)針插進(jìn)小孔，建立無需綁定或成型的到微通道的直接連接。這些針隨后可以很容易地被多次插拔，因?yàn)槊芊馔耆且揽棵總€(gè)針周圍的PDMS 壓縮實(shí)現(xiàn)的。