MEMS的主流集成技术

MEMS技术已经迅速从一种标新立异的概念转化为各种实用的演示样品，而且继续向早期产品演进。这种转变的速度完全是建立在巧妙利用现有集成电路工艺的制造能力基础之上的：厂房、设备、加工、工艺、材料及人员，几乎整个一千亿美元规模的产业基础设施都可以用来支持MEMS技术。
如果说，MEMS的最初成功，其基础在于与IC产业之间的相似性，那么现在限制MEMS市场发展的问题则来源于MEMS和IC的本质差别上，这些差别使得MEMS游离于发展主流之外。
MEMS和IC的关键性差别在于：

集成电路在以圆片(圆片是指硅材料制成的圆盘，作为一个整体完成各项半导体工艺的加工，随后被分割为多个单独的“芯片”，然后再封装、销售)形式离开IC代工厂(foundry)中受到精确控制的环境前，它所采用的工艺使之对环境影响并不敏感。而在圆片上制成的MEMS器件在完成封装之前，一般始终对其环境影响十分敏感，这使得代工厂之后对MEMS的每一步操作(圆片分割、在封装上的放置、电气连接的形成、封装密封)都必然不同于对IC的操作，其成本较高。

增值机遇
这些差别提供了大量增值的机会。
集成电路最关键的要素是集成化。第一款PC处理器集成了不到3万只晶体管，而今天，处理器上的晶体管数量超过了1亿只。这种能集成越来越多功能的能力来自广为人知的“Moore 定律”——功能每18个月翻一番，而成本基本持平。相对来讲，MEMS器件仍属于未集成化的产品。虽然一片IC常常可以把存储、计算和通信集成到一起，但MEMS一般只能完成一项功能，而且必须与其他器件(往往是IC)一起使用才能形成可推向市场的产品。这一限制是MEMS工艺流程所固有的，其工艺与IC制造工艺有很大的不同。把MEMS和IC融合成为同一块集成芯片的工艺，就会使IC性能受限，MEMS性能也要作出牺牲，成本亦较高，在降低成本方面希望渺茫。IC工艺的复杂程度是以掩膜的多少来衡量的，标准的一套工艺可能需要30层掩膜。据对SOC部分进行估计，对改进IC工艺流程以支持MEMS解决方案的嵌入，将需要增加多至14层的掩膜。工艺复杂程度和MEMS所占用的芯片面积出现大的增长，将会使成品率及成本受到严重影响(成品率与芯片面积和工艺复杂程度之间存在负指数关系)。

MEMS与IC实现经济有效集成的方法
因为MEMS器件制作在圆片表面而且能发生移动，所以它们常常需要表面上没有东西阻碍其运动。于是，在圆片加工的最后阶段，当器件要被划开并封装时，就不能象处理IC那样处理MEMS器件，每一块分开的裸片都需要采用特殊的处理和封装方法，这给成本带来了极为不利的影响。因此，虽然IC方面已经为这些操作建立了完善的标准和基础设施，但MEMS封装仍主要属于定制开发，与IC封装相比在产品成本中占很大比重(成本的40％~90％)。

基于Foundry的MEMS圆片级灌封
从根本上来说，MEMS器件利用材料的机械特性，而IC则利用电特性。因此，机械上的干扰对MEMS来说影响甚于对IC的影响。因此，实践证明是可靠的IC封装方式却会对MEMS性能造成严重损害，尤其在应力(材料受力)方面危害更严重。 例如，人们用树脂把IC“粘”到封装中，而如果用同样的材料和方法把MEMS“粘”到封装中的话，则器件性能和稳定性就会发生极大的改变。此外，应力的影响会随着工作温度的变化发生显著的改变，如果得不到控制，这就会造成让人无法接受的器件性能变化，同时，受到控制的应力也可以帮助人们增强器件性能或稳定性。

MEMS灌封及封装中的应力控制
正如上面提到过的那样，灌封好的MEMS器件需要表面上的净空。同时，保证器件的可靠性也要求必须对表面的化学成本进行严格控制。处理方法起着至关重要的影响，其种类很多，从简单的干燥剂一直到“润滑增强剂”或其它专有的处理方法。在对器件进行灌封或器件工作的过程中，从密封材料逸出的气体或者透过密封层漏入的外界气体都会给表面带来意料之外的改变。■