MEMS-COMS两种集成技术与三个应用方向和传感器封装清洗介绍

一、两种集成技术：SiP vs SoC

微系统技术中的系统级封装( system in a package，SiP) 技术是将多块不同功能芯片集成在一个封装体内，从而实现一个基本完整的功能的技术。有助于解决功能模块分立，是降低电子器件体积和质量的重要途径。

片上系统( system on chip，SoC) 是微系统技术发展的另一重要方向，该技术将不同功能的模块设计和制造在一块芯片上，芯片本身即能完成原本需要多块芯片完成的功能。通过芯片处理功能的整合，缩减芯片的数目，同样能够减小电子部件的体积和质量。

图 SiP技术和SoC技术示意图

SoC相较于SiP，优势在于传感器和接口电路更靠近，从而很大程度地降低寄生参数和外部干扰。单片集成的传感器还可以减小不同芯片之间互连的可靠性问题。MEMS与 CMOS标准工艺兼容，进行传感器和接口电路的单片集成，可以实现集成传感器的批量低成本制造。

二、应用方向：阵列化芯片

阵列化芯片势必要攻克MEMS-CMOS单片集成技术，例如红外热电堆阵列芯片、MEMS阵列气体传感器、Pumt超声成像传感器、微镜阵列及热发泡喷墨打印芯片等，无论是传感器还是执行器阵列芯片，其阵列产生的多路信号难以通过引线键合完成电信号的输出。

以64x64像素红外热电堆芯片为例，共4096路信号单元，将CMOS接口集成在MEMS芯片上才是唯一的技术路径。对于热电堆阵列芯片，目前商业化产品普遍采用TSV和键合技术相结合的方式，即TPA（热电堆阵列）通过通孔互联工艺将信号引入到键合下层的ROIC（读出电路），以此补偿电路来抑制温度漂移，并集成了ADC电路，这种片上集成系统有利于降低芯片体积、功耗和成本。

图 MEMS-CMOS片上集成4通道气体传感器芯片

图 MEMS-CMOS片上集成喷墨打印芯片

三、应用方向：芯片上的气象站

芯片上的气象站的概念早在2005年863项目中提出，采用先进的微机电系统（MEMS）技术，研发出温度、湿度、气压、风速/流量传感器。目前大多数厂商采用SiP技术将传感器和ASIC电路两部分独立单元通过连接线绑定封装而成，如博世的BME280和BME688多合一环境传感器。由于MEMS与CMOS接口上会产生的寄生参数，更多的厂商采用单片集成的方式，MEMS传感和ASIC电路都实现在同一个衬底上，例如盛思锐和睿感。盛思锐几乎全部的环境传感器均采用单片集成方式实现，《盛思锐SHT45温湿度传感器分析（一）》和《盛思锐SHT45温湿度传感器拆解与分析（二）》中较为详细的进行了剖析。与 COMS 工艺兼容的MEMS温湿度传感器具有体积小、价格低、产品一致性好的特点，有较好的应用前景。因此，芯片上的气象站未来的发展趋势是尽可能在单芯片上实现更多物理量的感测、信号处理和数据融合，全方位实现温度、湿度、气压、风速/流量传感器的一体化传感。

图 MEMS-CMOS片上集成温湿度传感器

四、应用方向：惯性测量单元

据芯云知对各家六轴惯性测量单元进行拆解，了解到几乎全部的厂商采用SiP系统。唯一采用MEMS-CMOS集成技术的只有TDK应美盛，其研发的Nasiri制造工艺平台是一项具有成本效益的MEMS-CMOS集成方法，能够开发出兼具小尺寸、低成本与高性能的MEMS产品，可生产加速度计、陀螺仪等运动类集成芯片。以6轴IMU为例，MEMS-CMOS采用两次键合技术完成，ASIC部分作为衬底层，与MEMS结构层以共晶键合方式形成电气和物理连接，再次与盖帽层键合形成运动腔室。ASIC部分一般采用0.18μm带EEPROM的混合信号工艺，包含微小电容/电阻检测电路、信号放大及模数转换电路、EEPORM校验电路及数字接口电路。相较于SiP封装，MEMS-CMOS集成技术的IMU具有更高的集成度和更好的性能。

图 MEMS-CMOS片上集成6轴IMU

五、MEMS传感器封装清洗：

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用 水基清洗剂产品。