2.5.1　MEMS传感器系统级封装的结构和先进互连技术

MEMS传感器芯片可感知物理、化学或光学量，而IC通常处理这些传感器的相关信号，如模/数转换、放大、滤波、信息处理、MEMS传感器与外界的通信等。MEMS传感器的功能实现需要经过处理器芯片的处理，因此，大部分的MEMS元器件必须和IC集成在一起才能发挥实际功能。集成方式主要有片上集成和系统级封装集成两种，出于设计难度、成本、工艺兼容等多方面的考虑，分别制造MEMS传感器芯片和处理器芯片再进行系统级封装集成是当前可行性较高的解决方案。

MEMS集成结构如图2-21所示：根据MEMS芯片、ASIC芯片位置的不同，主要有水平和垂直堆叠两种结构；根据芯片间互连方式的不同，又可以分为引线键合、倒装芯片、TSV连接等结构。

图2-21　MEMS集成结构

3D堆叠是目前先进传感器封装的发展方向，芯片表面垂直方向上的先进互连技术主要涉及MEMS-TSV和气溶胶喷射印刷。在先进的3D堆叠结构中，芯片间的互连需要靠TSV来完成。图2-22说明了TSV既可以位于MEMS芯片也可以位于MEMS-cap。基于微电子技术的3D集成技术则不能直接应用在MEMS元器件中，考虑到MEMS受到可移动部件的结构限制、晶圆的厚度必须高于纯微电路芯片等，对TSV制作的高深宽比提出了更高的要求。

图2-22　在MEMS芯片和MEMS-cap上制造的TSV

气溶胶喷射印刷（Aerosol Jet Printing，AJP）是一种非接触式直接写入技术，适用于垂直系统级封装结构的互连。AJP可以用于芯片—芯片或芯片—基板的互连，材料用量少、信号路径短，可以增加系统的设计自由度。

与引线键合方案相比，采用AJP技术的专用IC（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、加速度传感器（AIM7e）和电源关闭中断信号发生器（PDIG）的系统级封装可以用更小的面积实现3D集成，如图2-23所示。

图2-23　采用引线键合和AJP技术实现的MEMS系统级封装