導讀

封裝是MEMS制造過程的重要環節，決定了MEMS器件的可靠性和成本。開口封封裝技術是智芯傳感在封裝工藝上的一次創新突破。這一創新技術不僅攻克了MEMS壓力傳感芯片一體化塑封的這一世界級難題，還憑借其卓越的性能與高效生產優勢，引領著行業的技術升級。本文將深入剖析開口封封裝技術，帶您領略其獨特的魅力。

01MEMS壓力傳感器與MEMS封裝概述

MEMS（微機電系統）是一種將電和機械集成的微器件或微系統。MEMS壓力傳感器基于微機電技術制造，利用微米或納米等微加工技術在硅片上制作出微小的執行結構，通常這種微小執行結構為力敏薄膜，通過測量微小執行結構在外界壓力作用下的變形或位移，進而通過信號處理單元及通信單元轉換成標準電信號輸出。

MEMS器件的實用化和商業化依賴于系統設計、工藝制造、封裝測試及市場應用等多方面協同創新。封裝作為核心環節，對產品性能的可靠性和穩定性起著關鍵作用。

整體塑封封裝示意圖

MEMS封裝是通過特定工藝將MEMS器件（如壓力傳感器）保護起來，主要功能是隔離環境干擾，提供電氣連接與機械支撐，確保器件性能穩定。MEMS封裝環節包括晶圓切割、芯片粘接、引線鍵合、封蓋和成品切割等步驟，它的重要性在于需要同時實現芯片保護、外界信號交互等多種功能。因此，MEMS封裝工藝直接影響著最終產品性能。

02從封裝結構來分類MEMS封裝

MEMS產品種類豐富、功能各異，不同種類的MEMS產品其封裝形式差異較大，工藝開發過程中呈現出“一類產品一種制造工藝”的特點。

MEMS封裝過程涉及材料、結構和工藝，并需通過可靠性測試以滿足各個領域嚴苛的應用需求。從封裝結構來看，可分為封閉式封裝、開放空腔式封裝、眼式封裝三類。

MEMS封裝結構分類

其中，開放空腔式封裝的核心特征是設計暴露的空腔或開口，允許外界環境介質（如氣體、液體或壓力）直接接觸傳感器敏感元件以實現信號感知，同時通過多孔膜、濾網或防護層保護內部結構。

MEMS壓力傳感器通常采用開放空腔式封裝結構，由于它需要直接感測外部壓力變化，因此，可以通過空腔使待測介質作用于傳感元件，從而實現在保持基礎防護下的精準測壓。

03開口封封裝技術是什么

典型MEMS封裝都是殼體類封裝形式，其殼體主要有金屬外殼、陶瓷外殼、引線框架預制塑封外殼及在基板上通過畫膠方式形成的圍壩外殼等。這種封裝形式都是先將微小執行結構通過粘接材料固定在殼體類特定位置，通過引線鍵合將微小執行結構與殼體外管腳連接，再通過封蓋及切割形成最終的封裝體。

傳統管殼類封裝截面示意圖

智芯傳感采用整體塑封制造模式，結合特殊的封裝材料、粘接工藝以及封裝結構，控制和隔離阻斷殘留的應力，從而實現了MEMS壓力傳感器在整體塑封下的低應力封裝。

開口封封裝截面示意圖

開口封封裝技術是智芯傳感在MEMS壓力傳感器封裝工藝上的一次創新，實現了MEMS壓力傳感器在中低壓量程領域的技術突破。

開口封封裝技術借鑒了IC封裝工藝，簡化了封裝流程，極大地提高了生產效率，降低了制造成本。同時，在封裝后，僅力敏薄膜與介質接觸，實現電氣隔離，有效保護了鍵合金絲，避免其受到機械損壞和介質壓力變化帶來的疲勞損傷，使MEMS壓力傳感器性能更具有穩定性。

不僅如此，使用開口封封裝技術制造的傳感器組件通過了在嚴苛環境下數千小時的耐溶劑測試，靈敏度保持穩定，充分驗證了它的可靠性。同時，相比其他封裝技術制造的器件，其成本能夠降低60%，這一創新應用具有較高的經濟效益。

04帶應力隔離的微小執行結構設計，進一步突破低應力封裝界線

在封裝過程中，封裝殘余應力會造成MEMS壓力傳感器輸出信號的偏移，并且隨著時間逐漸變化，封裝應力會影響MEMS壓力傳感器的可靠性和長期穩定性。據研究表明，封裝應力來源于下三個方面。

三個關鍵應力來源：

封裝材料

不同粘膠材料所引起的應力大小不同；采用不同封裝基板材料下的封裝應力大小也不同

封裝工藝

不同的粘接工藝對芯片翹曲的影響不同

封裝結構

通過減少粘接面積可以降低封裝應力

開口封封裝技術研發的關鍵是對封裝應力的控制，也就是將封裝殘余應力與力敏薄膜應力的連接通道阻斷。

開口封封裝截面示意圖

除了上述整體塑封制造模式，使用特殊的封裝材料、粘接工藝以及應力隔離結構阻斷應力連接通道外，智芯傳感還在微小執行結構單元上設計了孤島式應力隔離結構，將力敏薄膜與整體塑封界面隔離，徹底阻斷封裝殘余應力與力敏薄膜連接通道。

這一創新設計進一步突破了低應力封裝的界線，增強了MEMS壓力傳感器信號輸出的穩定性和可靠性。

05低成本高效益推動產業升級

隨著MEMS壓力傳感器在汽車、工業及消費電子等領域的滲透率持續攀升，市場對應力敏感的MEMS器件的精度與長期穩定性的需求日益嚴苛。開口式封裝技術憑借其低應力特性與高效生產力，成為高性能應用場景的理想選擇，其應用潛力正加速釋放。

以陶瓷電容式壓力傳感器和空調高壓變送器為切入點，智芯傳感通過創新引入開口封封裝技術，在保障產品性能穩定的同時實現規模化量產，為國內市場提供了兼具成本優勢與可靠性的解決方案。

根據市場研究數據，2023年國內陶瓷電容式壓力傳感器市場規模約為20.52億美元，占全球市場的19.3%。進一步細分應用領域，汽車對陶瓷電容式壓力傳感器的需求持續增長，全球年需求量近2億只。

同樣，空調高壓變送器在國內市場仍被國際品牌所占據。而國產品牌的崛起，空調高壓變送器的市場份額也在快速增長。據統計，某國產品牌空調高壓變送器的年銷量約為3000萬只，市場規模超24億元。隨著工業自動化及綠色能源需求增長，空調高壓變送器的市場規模有望超百億元。

受政策推動（如MEMS傳感器被列入鼓勵類產業）和國產替代需求影響，相較于進口器件，國產化產品不僅價格競爭力顯著，還能縮短供應鏈周期，提供靈活的定制化服務，國產替代的規模化效益日益凸顯。

隨著技術創新與市場拓展，開口封封裝技術有望進一步推動行業降本增效，開啟更廣闊的應用空間。智芯傳感在深耕國內市場的同時，正以自主研發、技術創新為支點，進軍國際市場，為國產MEMS壓力傳感器走向全球市場探索新的可能。