MEMS传感器即微机电系统（Micro-electro Mechanical Systems），是指将精密机械系统与微电子电路技术结合发展出来的一项工程技术，它的尺寸一般在微米量级。

封装技术是MEMS传感器成功的关键，其技术包括SIP（系统级封装）、WLP（晶圆级封装）、三维硅穿孔（TSV）等，通过三维堆叠技术，将微型化后的传感器的机械部件与其他微电子组件集成，最后根据不同的应用场景来采用不同的封装形式，最终组装而成。

MEMS封装技术对MEMS器件的影响

传统 MEMS 定律认为，“一种产品，一种工艺，一种封装”，每种 MEMS 器件要求特定的工艺和封装技术。封装技术决定了MEMS 器件的成本和可靠性，是MEMS 普遍实用化的基础和实现商业化成功的关键因素。

一方面，封装成本制约了MEMS 商业化发展。由于MEMS 器件种类多样，同时大多数MEMS器件的封装都是面向特定应用，一种制造工艺和封装工艺很难简单的移植到其他MEMS 器件开发中，工业上MEMS 封装没有统一标准，这极大增加了MEMS 器件开发的技术难度和成本。

据2001年一篇在第14届IEEE国际技术会议发表的《Overview and development trends in the field of MEMS packaging》论文数据显示，当时一般 MEMS仅封装成本就占总成本的 70% 以上，使MEMS传感器售价高昂，阻碍了MEMS传感器的推广。

但随着 MEMS 技术的不断发展成熟，厂商开发出成本低、效果理想的材料和封装技术，降低了MEMS器件的封装成本，根据 Yole developpement 的研究，目前厂商MEMS 成本中，封装约占 30%~40%，IC 约占 40%~50%。

譬如博世MEMS惯性传感器BMC050的成本构成中，专用芯片占比48%，封装测试成本35%，MEMS芯片成本13%。

另一方面，MEMS 封装的可靠性制约MEMS 普遍实用化。与IC不同，MEMS 一般包含精密可动微结构，MEMS 封装不仅需要提供必要的电学和其他物理场的互联，还需对MEMS 结构以及电连接等提供支持和保护，使之免受外部环境的干扰或破坏。封装中面临着结构优化、工艺条件的选择、热力学效应和多物理场耦合等问题。研究表明，在MEMS 系统中发生的可靠性问题50%来自电子封装过程。

先进封装照进MEMS产业

“SiP不再一味关注摩尔定律带给芯片的性能上升和功耗下降，而是从市场需求出发，实现终端电子产品的轻薄短小、多功能、低功耗等特性。在行动装置与穿戴装置等轻巧型产品兴起后，SiP的重要性日益显现。”莫大康说。

从技术研发来看，SiP涉及的多为封装厂已经具备的技术，但是集成多种芯片的封装结构，对厂商的机台配比和管理能力提出了更高要求。

“在SiP封装技术中，一个封装体里面可能有几十颗裸芯片，如果一个几分钱的裸芯片坏了，就会把几十颗裸芯片都浪费掉，非常考验厂商的管理能力。同时，厂商需要围绕SiP需求布置产线，或对原有的机台配比进行调整，并保证机台的利用效率。”摩尔精英副总裁、速芯微电子董事长唐伟炜向《中国电子报》表示。

除了系统级封装，晶圆级封装、3D封装也是封装业发展的主要趋势。Yole统计显示，2018年FLIP-CHIP技术占整个先进封装市场份额的80%以上，预计到2024年FLIP-CHIP份额将降至70%左右。未来五年，预计先进封装市场成长最快速的技术是扇出型封装和硅通孔。

先进封装对延续摩尔定律生命周期的重要性，也引起了晶圆厂商和IDM厂商的重视。CINNO Rearch相关负责人向《中国电子报》记者指出，在后段异质高阶封装技术水平越来越高的发展情况下，封装势必融入前段工艺，为客户提供“一条龙”式最高经济效益的生产方式，这是晶圆厂商布局先进封装的优势所在。

芯谋研究首席分析师顾文军向《中国电子报》记者指出，晶圆级封装和3D封装是未来主要的封装趋势，台积电、中芯国际等晶圆代工厂和三星等IDM涉足先进封装业务，将对整个封装产业带来巨大影响。台积电引入CoWoS(基片上晶圆封装)作为用于异构集成硅接口的高端先进封装平台以来，从InFO(集成式扇出技术)到SoIC(集成芯片系统)，再到3D多栈(MUST)系统集成技术和3D MUST-in-MUST (3D-mim扇出封装)，进行了一系列创新。三星推出了FOPLP(扇出型面板级封装)技术，英特尔推出了逻辑芯片的3D堆叠封装方案Foveros，中芯国际与长电科技联合成立的中芯长电发布了超宽频双极化的5G毫米波天线芯片晶圆级集成封装SmartAiP。未来晶圆厂、IDM将成为推动先进封装在高端市场渗透的重要力量。

MEMS封装材料的作用和挑战

MEMS封装除了包括IC封装的功能部分，即电源分配、信号分配和散热等，还需要考虑应力、气密性、隔离度、环境等问题。

机械保护

MEMS芯片有的带有腔体，有的带有悬梁，这些微机械结构的尺寸很小，强度极低，容易因机械接触而损坏和因暴露而沾污，特别是单面加工的器件，是在很薄的薄膜上批量加工的，结构的强度就更低，它能承受的机械强度远远小于IC芯片，对封装材料的机械支撑性能提出了更高要求。

密封性能

MEMS复杂的信号界面给封装带来极大的挑战，例如，光学MEMS器件可能由于冲击、震动或热膨胀等原因产生的封装应力，造成光路对准发生偏移；MEMS陀螺仪的可动部件需要在真空环境中运动以减小摩擦，达到长期可靠工作的目标；红外探测器（微测辐射热计）应该采用真空封装技术，以减小其与周围空气之间的热导等等。

电气连接

电气连接不仅指MEMS器件与上一级系统之间的信号连接（包括提供通往芯片的电源和接地连接），而且包括MEMS器件内部的信号通路连接。当MEMS器件与电路集成时，就需要考虑系统的信号分配和功率分配。

除此之外，在实际的MEMS封装中，必须给传感器带来的应力要尽可能小，材料的热膨胀系数（CTE）必须与硅的热膨胀系数相近或稍大，由于材料的不匹配，很容易导致界面应力，从而使芯片发生破裂或者分层。对于应力传感器，在设计时就必须考虑封装引起的应力给器件性能的影响。

文章来源： 中国电子报，传感器专家网，美科泰制程电子