MEMS

微机电系统

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MEMS传感器

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除了利用硅众所周知的电特性外,MEMS(微机电系统)传感器还借助硅的独特机械特性来集成机械结构,用于感知加速度、旋转、角速度、振动、位移、航向以及其他物理、环境特性。


ST manufactures its MEMS using proprietary micromachining processes that share processing steps derived from basic integrated circuit techniques. These steps produce a circuit that combines electrical circuits and 3-dimensional mechanical structures.

MEMS传感器

除了利用硅众所周知的电特性外,MEMS(微机电系统)传感器还借助硅的独特机械特性来集成机械结构,用于感知加速度、旋转、角速度、振动、位移、航向以及其他物理、环境特性。


在制造MEMS时,意法半导体会使用专有的微机械加工工艺,其中共享的加工步骤源自基本的集成电路技术。由这些步骤产生的电路结合了电力电路和三维机械结构。

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ThELMA制造工艺

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MEMS技术之所以能取得成功,离不开意法半导体行业领先的厚外延层 (ThELMA) 制造工艺(适用于微陀螺仪和加速度计)。该工艺是一种表面微加工工艺,可结合不同厚度的多晶硅层(用于结构和互连),使加速度计和陀螺仪机械元件能够集成在单个芯片中。

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意法半导体的ThELMA技术能够创造微小的机械结构。结合我们在构建高真空腔和控制机械结构气密密封方面扎实的封装经验,该技术拥有理想的可靠性和性能,能为客户提供显著的成本和尺寸优势。
在具备相关资格后,意法半导体开始应用ThELMA技术的增强版ThELMA60,实现了60μm表面微机械加工外延层,其厚度是标准ThELMA工艺的3倍。

较厚的外延层带来了高端惯性传感器所需的卓越性能,同时保持了ThELMA技术的成本效益和灵活性。通过这一步骤,意法半导体正在弥合传统上用于制造高端传感器的表面微加工和整体微加工之间的差距。

高效集成

意法半导体使用封装中的双芯片系统方法,在同一封装中组装单独的MEMS和ASIC芯片。
在全球MEMS的大规模生产中,意法半导体率先实施了硅通孔技术(TSV)等创新解决方案。意法半导体的专利TSV技术自2011年开始批量投产,

与引线键合或倒装片堆叠相比,TSV拥有更大的空间效率和更高的互连密度,以更小的外形尺寸实现了更高级别的功能集成和性能。

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从技术到产品:iNEMO IMU

基于其在移动应用方面的丰富经验,意法半导体将继续开发其高度集成的 iNEMO™ 惯性测量单元(IMU) 以满足各类市场需求。

这些模块将运动传感器和超低功耗处理电路结合在系统级封装解决方案中,与分立解决方案相比,功耗更低、封装尺寸更小,同时提供可穿戴、便携式设备、移动设备、手机、工业和定位设备所需的高精度和可靠性。

管理整个设计和制造链

管理整个设计和制造链

与传统的微电子技术开发不同,在MEMS的影响下,各公司纷纷开始掌握多学科技能,综合运用电气、半导体和机械设计等多个领域的专业知识。

意法半导体是少数具有解决、优化整个制造和测试链能力和经验的公司之一,涵盖芯片规格、通孔架构和设计、ASIC的先进CMOS工艺、MEMS专用前端工艺、先进封装设计和制造。

凭借对工艺各阶段的熟悉和控制,意法半导体能够在性能、质量、价值和可靠性方面对MEMS器件进行充分优化,同时为客户带来产品设计的巨大灵活性,并缩短了上市时间。

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MEMS传感器的主要类型

意法半导体已售出超过200亿台微机电传感器,并拥有业内广泛的产品组合。

汽车和工业市场专用
产品组合

汽车和工业市场专用产品组合

汽车 工业 市场对产品的质量和可靠性要求严格。而意法半导体能为这些细分市场专用的MEMS器件提供从设计制造到测试鉴定的专用供应链。

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意法半导体丰富的 汽车级MEMS传感器 产品符合AEC-Q100标准,包括低g值和高g值数字加速度计、数字3轴陀螺仪,以及结合了3D数字加速度计和3D数字陀螺仪的6轴系统。

意法半导体的汽车级MEMS产品涵盖了所有关键应用,包括用于非安全应用(如导航和远程信息处理)的传感器、用于被动安全应用(如安全气囊)的传感器,以及用于苛刻主动安全应用(如电子稳定控制(ESC)和与车辆动力学相关的其他应用)的传感器。

黄金流程
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黄金流程
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用于汽车和工业应用的传感器遵循意法半导体的“黄金流程”,包括以下环节:特定的材料编码、前端设备的严格监控、专用的缺陷检测控制计划和广泛的最终比温测试。“黄金流程”还涉及冷分析和热分析,以及扩展的质量控制和可靠性监控,以确保零件满足所需的DPPM(每百万件缺陷率)水平。

对于汽车设备,意法半导体根据汽车标准和符合AEC-Q100标准的附加鉴定步骤执行 特定的电子晶圆分选(EWS)。 所有产品均配有PPAP(生产零件批准程序)三级文件,作为额外的质量保证。

适应严苛环境
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Suited for harsh environments
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此外,面向汽车和工业市场的MEMS器件使用两种封装:导线架和陶瓷。 导线架封装提供优异的导热性,以确保特定应用所需的散热性能。

陶瓷封装具有较低的热膨胀系数,当暴露于高温时,可确保封装外形的稳定性。这种稳定性能有效降低传感管芯的应力,有助于提高可靠性和性能。除此之外,陶瓷封装所能承受的操作温度高于有机FR4封装。