MEMS微系统技术(北理内部讲义)

MEMS绪论吴**材料学院Email:Tel:[phone]Introduction1.1、什么是微系统(MICROSYSTEMS)1.2、微系统相关技术基础1.2.1、微电子技术(MicroelectronicsTechnology)1.2.2、射频与无线电技术(RFandWirelessTechnologies)1.2.3、光学技术(OpticalTechnology)1.2.4、MEMS技术(MEMSTechnology)1.3、什么是微系统封装(MicroSystemPackaging)1.4、什么是微电子封装(MicroelectronicPackaging)1.5、微电子封装发展进程(Development)1.6、微系统封装技术的地位和作用(Role)1.7、微系统封装中的技术挑战(TheChallenge)华中科技大学材料学院吴丰顺9/11/202031.1、WhatIsMICROSYSTEMS微系统是以微电子技术、射频与无线电技术、光学(或光电子学)技术、微机电系统(MEMS)等技术为核心，从系统工程的高度出发，通过包封、互连等微细加工技术，在框架、基板等载体上制造、装配、集成微小型化功能装置。我们所讨论的微系统大量应用于信息工程领域，因此微系统也可以称为信息工程微系统。这些微系统包括计算器、个人电脑、移动电话、视频产品等消费类电子产品，以及计算产品、通信产品、汽车、航空航天产品、医疗电子等信息类产品，当今人类活动与技术进步都与这些各种各样的集成多功能微小系统密切相关。华中科技大学材料学院吴丰顺1.1、WhatIsMICROSYSTEMS•MicroSystemregardmicroelectronictechnology,RFandwirelesstechnology,optical(oroptoelectronics)technology,micro-electromechanicalsystems(MEMS)technologyasthecore,anditmanufacture、assemble、integratefunctionalmicrodevicesfromsystemsengineeringperspective,throughencapsulation,interconnectionandothermicro-processingtechnologyintheframework,suchasvectorsubstrate.•MicroSystemalsoknownasmicro-informationsystemproject.•Thesemicro-system,includingconsumerelectronicsproducts,informationproducts,today'stechnologicaladvancesandhumanactivitiesarecloselyintegratedwiththewiderangeofsmall-system.Thestatusofmicro-systemtechnology机械部分传感执行控制部分电子学MEMS微电子学9/11/20207MicrosystemsProductsAndRelatedYechnologiesRelations华中科技大学材料学院吴丰顺9/11/20208•微系统能迎来真正的蓬勃发展很大程度上归功于微电子技术的进步，因为超大规模集成电路的诞生为集成系统实现微型化提供了制造条件。•对于微系统的关键技术-微制造技术来说，微电子工程中的微细加工技术只是一个重要的基础部分，并不是全部，这是由微系统与微电子电路结构方面的差异决定的。•微系统可能包含一些可动构件以及传感器等，是光机电等多功能复杂系统高度集中的立体结构，而集成电路加工技术主要是平面二维的或浅表层，而且主要是对硅材料的加工。•因此，微系统的整个制造过程，即芯片加工、集成组装、封装测试等要比集成电路制造过程复杂得多。华中科技大学材料学院吴丰顺微系统与集成电路制造的关系TheRelationshipBetweenMicro-systemsAndTheICManufacturing•Microelectronicstechnologypromotetheprogressofthedevelopmentofthemicro-system，asitcreatedtheconditionsoftherealizationofMicrosistem.•MicromachiningtechnologyofMicroelectronicsengineeringisonlyanimportantpartofthefoundationforthekeyofMicroSystemTechnology-micro-manufacturingtechnology,butitisnotall,itwasdecidedbythedifferencebetweenamicro-systemsandmicroelectroniccircuitstructure.•MicroSystemmaycontainmovablecomponentsandsensors,itisamulti-functionalcomplexsystemofthethree-dimensionalstructureofahighlycentralizedinopticalandelectricalmachinery,bythecontray，integratedcircuitsandprocessingtechnologyisatwo-dimensionalsurfaceorshallow,butthemainthingisprocessingsilicon.•Therefore,theentiremanufacturingprocessofMicrosistem,suchaschipprocessing,integratedassembly,packagingandtestingofintegratedcircuits,ismuchmorecomplicatedthanthemanufacturingprocessofintegratecircuit.9/11/202010•微系统技术的发展已经使许多高速信息处理、大容量存储、超低功耗的电子产品成为现实，未来的微系统产品将覆盖人类生活的方方面面。•ThedevelopmentofMicro-systemtechnologyhasmanyelectronicproductsbecomeareality，suchashigh-speedinformationprocessing,largecapacitystorage,ultra-lowpower,thefutureofmicro-systemproductswillcoverallaspectsofhumanlife.华中科技大学材料学院吴丰顺9/11/202011华中科技大学材料学院吴丰顺SmartWatches9/11/202012华中科技大学材料学院吴丰顺MultimediaPersonalCommunicationTerminal9/11/202013MedicalSpinalCageVsadek华中科技大学材料学院吴丰顺9/11/202014华中科技大学材料学院吴丰顺Micro-robot9/11/2020151.2微系统相关技术基础定义：微电子技术是基于半导体材料采用微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路的技术。微电子技术特点：技术渗透力强、附加价值高。微电子器件与电路由原材料加工到成为产品，附加价值大幅度增加。市场敏感、更新周期短。集成电路以集成度每三年增加四倍、特征尺寸每三年缩小1.414倍的摩尔定律发展。技术密集、信息含量大。微电子技术包括相关的设计、制造和封装技术，融合了材料、器件物理、计算机、光学、化学、真空、精密机械、理化分析等科学技术的最新成就。华中科技大学材料学院吴丰顺微电子技术1.2Micro-systemTechnologyBased•MicroelectronicsTechnology•Microelectronicstechnologyisatechnologywhichisbasedonsemiconductormaterialsandusingmicro-processingtechnologymanufacturingminiaturizedelectroniccomponentsandmicro-circuit.•Strongtechnologypenetrationandhighvalue-added•Market-sensitiveandshort-cycleupdate•Technology-intensiveandinformative9/11/202017射频与无线电技术射频和无线频段一般指10kHz-1000GHz，其技术发展可以追溯到1901年Marconi进行的无线电首次发送试验。无线传播的优点使人们彻底从电线电缆连接中解放出来，使得人们可以在任何地点、任何时候进行通信联系、信息操作。小型化、多功能、便携式、低成本射频装置成为无线通信推广应用的关键，也成为微系统技术应用的重要领域。同时，采用先进射频模件的汽车防撞系统、全球定位导航系统(GPS)等一大批非通信类新型微系统日益受到市场的青睐。华中科技大学材料学院吴丰顺RF&WirelessTechnology•RFandwirelessbandgenerallyrefersto10kHz-1000GHz•Theadvantagesofwirelesscommunicationmakepeoplecompletelyliberatefromwiresandcablesconnecting,canbemadeatanylocation、anytimecommunicationlinks,andinformationoperations.•Small,versatile,portable,low-costradiofrequencywirelesscommunicationdevicesbecomeakeyapplication,alsohasbecomeanimportantareaofapplicationofmicro-systemtechnology.•Atthesametime,alargenumberofnewnon-communications-system，suchastheuseofadvancedRFmodulevehiclecollisionavoidancesystem,globalpositioningnavigationsystem(GPS)，isincreasinglyfavoredbythemarket.RF/WirelessApplications9/11/202020光学技术光学技术包括光信号的获取、处理、传输和显示，其中光电子技术是光学技术的重要部分。人类正步入以互联网链接、海量数据处理为代表的信息社会，为克服传统的信号传输手段越来越不能适应技术发展的瓶颈，光纤技术得到了飞速发展。现有光纤技术就可以在一根单模光纤上以10Tbit/s的速度传送信息；采用波分复用（WDM）技术，可以大幅度提高光信号传输的容量，并实现在同根光缆上传输不同波长（不同颜色）的光信号。预计到2010年，光纤光缆不仅在主干通信网络上得到应用，而且可能在城市网、社区网，甚至家庭接人上得到应用，这将大大改变人类的生活质量和生活方式。华中科技大学材料学院吴丰顺OpticalTechnology•Opticaltechnologyincludeopticalsignalacquisition,processing,transmissionan