我国突破微机电芯片真空封装技术瓶颈 实现关键领域自主可控

问题——微机电系统(MEMS)传感器正加速向高灵敏、小型化方向发展,但长期稳定性仍受封装环节影响。以红外探测、加速度计、陀螺仪、麦克风等芯片为例,器件内部腔体对气压和湿度变化十分敏感,一旦空气或水汽进入,阻尼增大、噪声上升、漂移加重,轻则精度下降,重则影响关键场景的可靠运行。行业普遍面临“真空保质期”偏短的问题,难以支撑长周期、高一致性的工程应用。 原因——真空封装的难点不在“抽到真空”,而在“长期保持真空”。芯片封装腔体体积小、焊接界面复杂,时间一长,材料放气、界面微漏和工艺偏差容易叠加放大;即便采用较精细的焊接方式,也可能残留气体渗透通道。同时,部分封装材料在受热或长期服役中会持续析出气体,继续破坏腔体环境。随着器件继续微型化,腔体对微量气体的容忍度更低,封装工艺、材料体系和装备能力需要同步提升。 影响——封装能力强弱,直接关系到传感器国产化的“最后一公里”。在特高压设备状态监测、航空航天姿态控制、气象与环境探测等领域,传感器不仅要“能用”,更要“长期稳定可用”。真空保持期不足会带来计量与维护成本上升、性能一致性下降等问题,制约高端应用的规模化落地。对产业链而言,先进封装连接设计制造与终端应用;公共平台能力不足时,中小创新主体往往面临试制门槛高、验证周期长、成本难以摊薄等现实压力。 对策——怀柔科学城有关平台围绕“堵、锁、吸”形成组合方案:一是优化封焊工艺降低漏率,减少外界气体进入;二是通过材料与结构设计抑制腔体内部放气,降低长期漂移;三是在盖板等关键部位集成吸气剂,对氧气、水汽、氢气等残余气体进行吸附“兜底”,将不可避免的微量渗入转化为可控因素。多手段协同后,芯片内部真空维持时间由行业常见的一周提升至一年,长期稳定性与一致性明显改善。同时,平台在工艺链条中引入国产高真空共晶焊等关键设备,并推动吸气剂等核心材料的国产供应,提升关键环节的可获得性和成本可控性。 前景——据介绍,相关技术已进入小批量工艺定型与中试验证阶段,并在怀柔科学城建成中试产线。产线在满足自身需求的同时,将以公共服务平台形式向创新主体开放,具备年封装约3万片高端微机电芯片的能力,有望在北京加快形成覆盖设计、制造到先进封装的微机电产业生态。面向未来,随着人形机器人、无人驾驶、低空飞行等新兴产业对高精度环境感知提出更高要求,具备长真空保持期与高气密性的封装能力,将成为高端传感器竞争的重要指标之一。下一步,相关团队将聚焦晶圆级封装的批量化服务能力建设,推动成本下降与器件尺寸进一步缩小,为更大规模的工程化应用与产业化供给打牢基础。

从“做得出来”到“稳定用得久”,先进封装往往决定高端器件能否跨过工程化门槛。怀柔科学城公共服务平台以中试线推动工艺验证、以开放共享促进协同创新,补上真空封装该关键环节,也为构建更安全、更高效的产业链供应链提供了可落地的路径。随着国产装备与材料能力持续提升,微机电系统传感器有望在更多关键场景实现可靠应用并加快规模化落地。