微机电系统（Micro ElectroMechanical System-MEMS）是一门融合了硅微加工、LIGA和精密机械加工等多种加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。它是在微电子技术基础上发展起来的，但又区别于微电子技术，主要包括感知外界信息（力、热、光、磁、生物、化学等）的传感器和控制对象的执行器，以及进行信息处理和控制的电路。

MEMS具有以下几个非约束的特征：
（1）尺寸在毫米到微米范围，区别于一般宏（Macro），即传统的尺寸大于1cm尺度的“机械”，但并非进入物理上的微观层次；
（2）基于（但不限于）硅微加工（Silicon Microfabrication）技术制造；
（3）与微电子芯片类同，在无尘室大批量、低成本生产，使性能价格比比传统“机械”制造技术大幅度提高；
（4）MEMS中的“机械”不限于狭义的力学中的机械，它代表一切具有能量转换、传输等功效的效应，包括力、热、光、磁，乃至化学、生物效应；
（5）MEMS的目标是“微机械”与IC结合的微系统，并向智能化方向发展。

1. 封装的基本功能

封装的根本目的在于以最小的尺寸和重量、最低的价格和尽可能简单的结构服务于具有特定功能的一组元器件。封装必须提供元器件与外部系统的接口。归纳起来，MEMS器件封装的主要功能有：机械支撑、环境保护、与外界媒质的接口和与其它系统的电气连接。

（1）机械支撑
MEMS器件是一种易损器件，因此需要机械支撑来保护器件在运输、存储和工作时，避免热和机械冲击、振动、高的加速度、灰尘和其它物理损坏。另外对于某些特殊功能的器件需要有定位用的机械支撑点，如加速度传感器等。

（2）环境隔离
封装外壳仅仅起到保护MEMS器件不受到像跌落或者操作不当时受到机械损坏。对可靠性要求十分严格的应用领域必须采用气密性保护封装，防止MEMS器件在环境中受到化学腐蚀和物理损坏。同时在制造和密封时要防止湿气可能被引进到封装腔内。

（3）提供与外界系统和媒质的接口
由于封装外壳是MEMS器件与系统和外界的主要接口，外壳必须能完成电源、电信号或射频信号与外界的电连接，同时大部分的MEMS芯片还要求提供与媒质的接口。

（4）提供热的传输通道
对带有功率放大器、其它大信号电路和高集成度封装的MEMS器件，在封装设计时热的释放是一个应该认真对待的问题。封装外壳必须提供热量传递的通道。

2. 气密性封装的基本要求和基本形式

（1）基本要求
封装的密封是为了保护芯片和封装的金属镀层以免受环境腐蚀和在处理过程中的机械损伤。目前在高可靠性应用中，几乎都采用气密性封装。对气密性封装的要求主要有：
1）封装的气密性，通常要求氦气的泄漏率低于1×10-8Pa.m3/s。
2）在气密性封装中，封装外壳主要用金属和陶瓷两种材料。
3）盖板，无论是金属封装还是陶瓷封装，其盖板通常用金属。
4）在金属封装中，每条引线是采用分立的玻璃密封进金属平台或管座中。而陶瓷封装引线是通过厚膜网印及烧结技术制成的，且通常是埋置在陶瓷中。
5）满足气密性要求，所有这些封装的帽子密封是由适当的玻璃或金属来完成的。在钎焊和锡焊中，是用一种低熔点的钎焊和锡焊合金来形成密封的，而在熔焊中，则是由帽子本身局部熔融来实现密封。

（2）气密封装的基本形式

·金属外壳封装
用于MEMS器件封装的金属材料包括CuW（10/90）、可伐（Ni-Fe合金）、CuMo（15/85）和CuW(15/85)等，都具有很好的热导率和比硅要高的CTE，因此这些材料是一种很好的选择，可伐（Fe-Ni-Co）合金最常用。上面所有材料，加上合金-46，可以用作边墙和盖子，外壳通常要镀Cu、Ag和Au薄膜。几种常见的结构形式有TO-CAN管壳；DIP管壳（双列直插金属外壳）；蝶型金属外壳（butterfly type）；四边扁平金属外壳（QFP）。

·陶瓷外壳封装
用于MEMS器件封装的陶瓷材料有Al2O3、AlN、BeO、莫来石及低温陶瓷（也称玻璃±陶瓷）等。Al2O3是最常用的一种陶瓷封装材料，其价格相对便宜，应用面广。AlN是一种性能更优越的陶瓷材料，通常用在对性能和可靠性极高的场合。低温陶瓷也是一种性能极优异的陶瓷材料，特别是玻璃－陶瓷的性能与所要求的理想陶瓷的性能相近，用于对硅芯片的封装可达到极好的材料性能匹配。常用的陶瓷外壳结构形式有：双列直插封装（DIP）；有引线片式载体（LCC）；无引线片式载体（LLCC）。图2中给出了几种陶瓷外壳样品。

3. MEMS器件封装过程

（1）封装的工艺流程
MEMS气密封装工艺过程通常包括外壳设计与加工、贴片工艺、引线键合工艺、封帽工艺、及气密性检测。

（2）封装设计的基本方法
设计的基本原则如下：
·根据所要封装的MEMS芯片的功能、性能要求、应用领域，选择合适的封装材料，设计合适外壳结构形式，以最小的和最简单的结构尺寸、最低的价格、完成对芯片的封装，实现芯片对封装外壳所要求的功能。
·设计时应考虑工艺的可行性、可靠性、以及产品所应用和工作的环境。
·设计时应周密考虑所有可能对封装气密性有影响的分步工艺。材料的选择、工艺的选择和结构的选择都应该考虑其是否对封装后的气密性有影响。
·最好的封装方法可能不仅仅是技术问题。除了技术方面的问题外，在选择什么样的封装时，还应根据现有的组装方法和以最小风险开发完成整个封装系统。

目前，常用的封装设计的CAD软件工具有：
·机械设计：机械设计软件有Pro-E、Solidworks、AutoCAD、I-DEAS。有限元分析软件有Ansys、COSMOS、ALGOR、NASTRAN、ABQUS。
·电学设计：RF设计软件Ansoft HFSS、Eagleware。电路设计软件P-CAD、Spice。
·光学设计：光学设计软件有：CODE-V、LightTool、ZEMAX、OSLO、GLAD。

（3）MEMS器件贴片工艺（die bonding）基本要求

将MEMS芯片粘接到外壳底板上的方法一般采用IC器件技术，通常称为贴片（die bonding）。芯片粘接一般要求提供以下几个主要功能：
·要求使MEMS结构与外壳基板有很好的粘接强度，以保证MEMS芯片与外壳基板不发生相对移动，而且必须能承受热冷温度、湿气、冲击和振动。
·粘接材料必须在MEMS芯片和外壳基板之间提供良好的热通道，使MEMS芯片产生的热量顺利的从芯片传导到底板，以保证芯片工作在所希望的温度范围内，如果支持电路需要从芯片到底板有很好电接触，那么粘接材料应该能满足这一要求。
·粘接材料要求有很好的稳定性和可靠性。粘接材料的稳定性和可靠性极大的取决于由MEMS芯片和外壳基板材料的热膨胀系数（CTE）的差别所产生的热机械应力承受能力。这些应力主要在粘接材料与芯片底面和外壳底板之间的界面位置。硅的CTE是2-3ppm/℃，而大部分底板有更高的CTE(6-20ppm/℃)。贴片的精度要求分：
（a）12.5μｍ以上精度；
（b）5μｍ精度；
（c）1μｍ精度。
对一般的IC器件，其贴片精度达12.5μｍ即可满足要求；对加速度计、陀螺仪等MEMS器件对芯片的定位有严格的要求，其贴片精度通常要求达到5μｍ以上。对光学MEMS器件和半导体光电子器件其对准精度要求达±1μｍ。

（4）贴片设备
MEMS芯片的贴片设备有全自动贴片机、半自动贴片机和手动贴片机。