1. 引言
微机电系统（MEMS）是指包括微传感器、微致动器（也称微执行器）、微能源等微机械基本部分以及高性能的电子集成线路组成的微机电器件或装置，也可称为微机械系统。可以说微机电系统是一种获取、处理信息和执行机械操作的集成器件，它是微机械学、微电子学、自动控制、物理、化学、生物以及材料等多学科、高技术的边缘学科和交叉学科。
经过十几年的发展，MEMS芯片已经相当成熟，但是，很多芯片没有得到实际应用，其主要原因就是没有解决封装问题。虽然MEMS封装采用了许多与微电子封装相似的技术，但不能简单地将微电子封装技术直接用于MEMS器件的封装中去。MEMS封装的功能包括了微电子封装的功能部分，即电源分配、信号分配和散热等。但由于MEMS器件的特殊性、复杂性和MEMS应用的广泛性，对封装的要求是非常苛刻的，封装的功能还应增加以下几个方面的内容：
(1) 应力：在MEMS器件中，微米或微纳米尺度的零部件其精度高但十分脆弱，因此，MEMS封装应对器件产生最小的应力；
(2) 高真空：可动部件在真空中，就可以减小摩擦，达到长期可靠工作的目标；
(3) 高气密性：一些MEMS器件，如微陀螺必须在稳定的气密条件下才能可靠长期地工作，有的MEMS封装气密性要达到1×10^(-12) Pa•m3/s；
(4) 高隔离度：MEMS常需要高的隔离度，对MEMS射频开关就更为重要。为了保证其他干扰信号尽可能小，就要求对传感器的某些部位进行封装隔离。否则，干扰信号叠加在所采样的有用信号上将使MEMS的正常功能难以发挥；
(5) 特殊的封装环境和引出：某些MEMS器件的工作环境是气体、液体或透光的环境，MEMS封装就必须构成稳定的环境，并能使气体、液体稳定流动。
MEMS封装的特殊性大大增加了MEMS封装的难度和成本，据估计，MEMS器件的封装成本占整个MEMS成本的50%～90%，成为MEMS进一步发展的瓶颈。目前，国内MEMS封装技术比较落后，必须予以重视，并积极发展MEMS封装技术。
MEMS给封装带来极大挑战，也有很多自相矛盾之处。像喷墨头和安全气囊传感器等早期产品都使用了合理的简单封装形式。但新出现的领域(比如生物MEMS)具有特殊的要求，就需要新方法，这类封装需要操作流体等新形式。但如果从MEMS的一般要求来考虑，对应的封装方法是针对具体器件来定制的，也就是说，器件定制的解决方案意味着MEMS封装方面的研究进展较慢，而且标准化也面临挑战。
MEMS芯片在封装完成之前，会对机械撞击非常敏感，而且特别容易被划片时的颗粒污染损坏。因而，一些晶圆加工厂会进行部分或全部的封装工艺。在使用掩膜版进行分割或者晶圆级工艺操作过程中，必须很好的保护MEMS芯片的动作空间。最常见的MEMS封装要求是在不限制机械行为的前提下进行保护，但是，并不能简单地从过去针对单纯的电子芯片开发的技术中直接得到解决方法。电子器件通常会过成型操作，并有密封剂接触芯片表面，因而这种方法会影响MEMS器件中的可动部分。
2. MEMS封装遇到的挑战
MEMS封装技术严重滞后的主要原因是MEMS封装完全不同于传统集成电路(IC)的封装。传统IC封装的目的是提供IC芯片的物理支撑、保护其不受环境的干扰与破坏，同时实现与外界信号、能源及接地的电气互连。MEMS 器件一般都含有由多种材料组成的三维结构和活动构件，且常处于高温、高湿或酸、碱性等恶劣环境之中。由于这种与外部环境的交互作用关系及其自身的结构复杂性，MEMS封装与传统IC封装存在着相当大的差别，对封装技术提出了严峻的挑战。
（1）MEMS 器件或微系统是在一块硅片(或其他材料)上高度集成的多功能器件与系统。在实现电气互连的同时，还要实现机械、热、光、流体等之间的连接，因此它涉及多介质间的互连技术。
（2）由于MEMS需要感知外部世界，因此对封装技术而言，需要提供让芯片敏感区与外界环境交互作用的通道， 如流体传感器则需要相应的流体通道，微光机电系统(MOEMS) 则需要光通道。这使得封装同时面临两方面的问题：一是如何保证芯片敏感区与外界环境充分交互作用，并保护芯片敏感区不因两者间的交互作用产生性能恶化，保持其性能稳定；二是需要保护芯片的其他区域。
（3）由于MEMS器件一般工作在各种强振动、酸碱性物质及其它化学物质或有机溶剂等应用环境下，因此要求封装结构与封装材料能适应各种复杂的工作环境。在保持稳定性能的同时避免带来传感测量噪音。
（4）由于MEMS器件是集成的多功能器件，对工作环境有相应的要求，如温度、湿度以及大气压力等。如MEMS典型应用之一的加速度测量仪的最佳工况是运行在接近大气压下的可控干燥大气氛围；而陀螺仪则需要真空环境。此外，上述两者均对温度敏感，因此需要在其中封装传感器，以便测量和控制温度。对于具有活动构件的MEMS 器件而言，对封装的要求更高。
（5）MEMS封装工艺参数引起的MEMS可靠性问题比较严重，如封装热应力、封装残余应力、封装过程对芯片的污染、封装除气等。因此，对封装工艺参数必须加以严格的要求和控制。
（6）鉴于MEMS制造工艺的多样性、结构的复杂性以及应用环境的多样性，使得MEMS 封装技术难以像IC 封装技术一样实现规范化与标准化，无法采用统一的封装形式与封装工艺。
综上所述，对MEMS的封装来说，除了要考虑高密度封装所面临的多层互联、散热、可靠性、可测试性等问题之外，还必须考虑将MEMS芯片、封装与工作环境作为一个交互作用的系统来进行MEMS封装的设计与制造。
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