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MEMS惯性传感器优势剖析:THELMA制程和低资源封装措施

宣布时间:2010年11月21日 17:11    宣布者:嵌入式公社
要害词: MEMS , 惯性传感器
Benedetto Vigna,意法半导体

意法半导体公司推出一系列惯性传感器,极具指导力的价钱合营卓越的产物性能,让意法半导体迅速扩年夜了在破费电子MEMS传感器市场的份额。公司在MEMS手艺特点上完成了一石二鸟:更小尺寸、更低价钱、更高性能、更多功效(手艺推动)与更具创新力的设计措施(设计推动的创新) ,使事实的MEMS器件更合适破费电子市场的需求[1]。

这个战略曾经取得巨年夜告成,意法半导体是以而迅速崛起,成为天下最年夜的MEMS器件制造商。现在意法半导体的MEMS产物被天下著名的破费电子产物选用,如任天堂的Wii游戏机、苹果的iPhone手机和iTouch播放器和其它产物[2]。例如,任天堂的Wii游戏机的遥控器“魔棒”(图1a)应意图法半导体的惯性传感器检测玩家的行动,如打网球、高尔夫球或其它游戏,使玩家能够沦落堕落在游戏当中并加入屏幕上的人物运动。这个功效促使先进的盘算机游戏取得巨年夜飞跃,从纯粹的自动运动转化为令人兴奋的自动的游戏加入者。异常地,苹果的iPhone接纳意法半导体的MEMS传感器检测手持通讯装备相关于用户视野的偏向,然后照顾地调剂屏幕的显示偏向(横向或纵向),从而为用户供应更多的应用无邪性和功效 (图1b)。

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(a)                                                                          (b)

图 1:这两张图片中的产物接纳意法半导体的惯性传感器手艺,在破费电子产物中为客户供应全新的功效(泉源:iSuppli市调公司)。

意法半导体的MEMS惯性传感器基于意法半导体的微致动器和加速计的厚内在层制程(THELMA),如图2 [3]所示。THELMA是一个非集成化的MEMS制造程,比多晶硅外面微加工制程略严重年夜,然则具有希奇的优点,准予完成较厚的结构,这对电容式惯性传感器极端有用。虽然THELMA制程用于完成电容式惯性传感器,然则这项手艺异常无邪,还可以用于制造加速计、陀螺仪和其它的MEMS器件。

这个制程的第一个法式模范是在晶圆上天生一层2.5μm厚的热二氧化硅(图2a)。第二步是用LPCVD群集一个多晶硅层(多晶硅层1)。在这个多晶硅层上做领土然后蚀刻,制成埋入式电毗连结构,用于传感器向外部转达电位和电容旌旗暗记(图2b)。凭证器件的设计,这个多晶硅层还可用于制造薄多晶硅微加工器件的结构层。然后,用PECVD群集一层1.6μm厚的二氧化硅层。这个PEVCD氧化层与2.5μm厚的热二氧化硅组成一个4.1μm厚的复合氧化层,用作THELMA制程中的殉国层。然后,在PECVD群集氧化物层上做领土和蚀刻,用作厚多晶硅器件的锚定区,稍后制成锚定组件(图 2c)。下一步,用内在群集法群集一层厚多晶硅 (图2d)。这个层的厚度可以凭证器件设计做照顾的调剂,厚度规模是15μm到50μm。经由历程群集、领土和蚀刻工艺,制造一个毗连传感器的金属导电层(图2e)。随后,用深回声离子蚀刻措施(DRIE)在厚多晶硅层上做图和蚀刻,一直现实部的氧化层(图2f)。DRIE措施准予在厚多晶硅层上制造纵横比很年夜的结构。最后用氢氟酸蒸汽去除殉国层,释放多晶硅结构层(图2f)。

意法半导体率先投入量产的低资源封装措施是意法半导体惯性传感器的主要特点之一。如前文所述,MEMS器件的封装很能够是产物制程中最昂贵的环节。意法半导体的封装措施是应用一个玻璃粉高温晶圆级键合工艺,把惯性传感器关闭在两颗晶圆之间的密闭空腔内,然后再应用一个格栅阵列(LGA)封装平台手艺封装芯片,意法半导体率先将这项封装手艺用于最后的器件封装。在这个历程当中,可以把单个的传感器裸片放在半导体裸片的旁边(并列结构)或把传感器裸片和半导体裸片相互堆叠放置(堆叠封装),如图3所。

在堆叠结构中,先用胶合膜将传感器裸片焊到一个外面积很年夜的基片上(图4)。半导体裸片和MEMS裸片堆叠放置可使封装变得很小(图5)。应用丝焊措施毗连两颗裸片的电触点,然后,再用注塑封装手艺封装裸片。这类封装措施可以在年夜面积的基片完成,是以资内幕对较克己。封装应力特殊是粘接和注塑历程发生的应力曾经是这项封装手艺的一年夜寻衅,意法半导体告成地处置赏罚赏罚了这个难题。图6形貌了意法半导体的超紧凑型线性加速计封装的退步历程,线性加速计普遍用于破费电子产物。

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图 2:意法半导体用于制造惯性传感器的THELMA制程工艺

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图 3:意法半导体的两种惯性传感器封装结构:(左) 并列封装;(右)芯片堆叠封装

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图 4:意法半导体的的低资源薄型MEMS惯性传感器封装。

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图 5:在接纳注塑封装措施前应用丝焊措施把半导体芯片与下面的MEMS传感器裸片毗连在一起的堆叠结构的SEM图象。

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图 6:意法半导体惯性传感器封装的退步历程图



参考文献

[1]       B. Vigna, “MEMS Epiphany,” MEMS 2009 Conference, Sorrento Italy, January 26, 2009.
[2]       Source, iSuppli Corporation, See:
[3]       B. De Masi and S. Zerbini, “Process builds more sensitive structures,” EE Times, November 22, 2004.
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