博世新款消费级IMU拆解：Bosch Sensortec BMI270

2019年，BoschSensortec推出新款的6轴消费级惯性测量单元IMU产品BMI270，据官方宣传它采用了最新博世MEMS工艺，相较于上一代产品BMI260，大大提高了加速度计部分的灵敏度。我们可以通过BMI270拆解来分析其结构与设计原理。

BMI270延续了上一代产品的封装和尺寸，采用14引脚的LGA，器件整体尺寸为2.5mmx 3.0mm x 0.8mm，与BMI260 MU引脚兼容，可在现有设计中直接替换。

图1 BMI270器件

通过X-RAY无损分析，可以看到内部芯片堆叠和走线布局。BMI270内部含有2颗芯片，MEMS芯片和ASIC芯片通过3D堆叠方式进行系统级封装，MEMS芯片位于上层，ASIC芯片位于下层，其中有21条引线从MEMS芯片引向ASIC芯片，有14条从ASIC芯片引向基板。上层的MEMS很明显可以看到盖帽层和衬底层有腔室结构。

图2 BMI270无损分析

通过化学方法除去芯片保护黑胶，芯片显露出来，再通过湿法方式完整取出芯片，包括MEMS芯片和ASIC芯片，其中MEMS芯片尺寸为2.15mmx 1.35mm，厚度为0.55mm，ASIC芯片尺寸为1,90 mm x 2.15 mm，厚度仅为0.065mm。大剖面显示，MEMS芯片分为上层的盖帽层，中层的梳齿结构层和下层的衬底层，梳齿结构层与衬底层为同一晶圆工艺，盖帽层是另外的晶圆工艺，最后将两个晶圆进行键合实现功能。

图3 BMI270开封，MEMS芯片和ASIC芯片

将MEMS芯片盖帽层通过机械方式去层处理，得到完整的结构层。结构层分为两个区域，3轴陀螺仪区域和3轴加速度计区域，陀螺仪和加速度计单片集成。陀螺仪部分上下为驱动梳齿电极，中间部分分为X轴，Y轴和Z轴传感区域，分析得知X轴区域为平面外偏转运动。陀螺仪需要真空环境，博世采用特殊工艺实现了其真空度。加速度计区域内部分为明显的三个小区域，其中X轴和Y轴区域是旋转了90°，实现正交方向的测量。结构层和盖帽层通过四周和中间的键合区域实现物理键合，键合方式AlGe键合。

图4 BMI270 MEMS结构层

与上一代BMI260相比，整体结构和设计变化不大，其宣传的加速度计上的性能提高，推测主要源于ASIC芯片部分的改变和算法提升。