Applicazione della tecnologia di incisione profonda indotta dal laser LIDE nel packaging MEMS
Grazie alla continua innovazione della tecnologia MEMS, i dispositivi MEMS sono ampiamente utilizzati nell'elettronica di consumo, nelle apparecchiature medicali e nelle applicazioni aerospaziali, offrendo un valore significativo grazie alle dimensioni compatte, all'elevata velocità, all'affidabilità e al basso costo. Il packaging MEMS è una fase fondamentale nello sviluppo dei dispositivi MEMS. Il packaging MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) prevede il processo di sigillatura e protezione dei dispositivi MEMS, fornendo connessioni elettriche e schermando il dispositivo dagli influssi ambientali. Il processo di packaging può rappresentare dal 20% al 95% dei costi di produzione del prodotto.
01 Il vetro come materiale preferito per la produzione di MEMS
Le innovazioni nella tecnologia di lavorazione dei wafer di vetro stanno guidando i progressi nella tecnologia MEMS. I wafer di vetro vengono utilizzati nel packaging a livello di wafer MEMS e fungono da substrato alternativo ai wafer di silicio in alcuni prodotti elettronici. I sensori MEMS dimostrano elevata affidabilità e prestazioni a lungo termine anche in ambienti difficili. I materiali in vetro sono comunemente utilizzati come supporti per substrati nella tecnologia di packaging MEMS, rendendo i wafer di vetro una scelta ideale per vari settori e applicazioni.
02 Vantaggi del vetro nella produzione e nel confezionamento dei MEMS
Il vetro è un materiale preferito per il packaging dei MEMS grazie alla sua elevata tenuta all'aria, stabilità termica, proprietà ottiche, resistenza chimica, elevato isolamento e lavorabilità. La sua durevolezza garantisce una protezione a lungo termine per i dispositivi MEMS.
Proprietà ottiche
Il vetro è trasparente, il che lo rende ideale per i dispositivi MEMS che richiedono rilevamento o attuazione ottica. Può essere rivestito con vari materiali a film sottile, come metalli o ossidi, per modificarne le proprietà ottiche. Inoltre, la sua superficie estremamente liscia è un'ottima scelta per la riflessione ottica.
Incapsulamento e confezionamento
Elevata ermeticità: Il vetro garantisce un'eccellente tenuta ermetica, impedendo all'umidità e ad altri contaminanti di entrare nei dispositivi MEMS, migliorando così l'affidabilità e la durata.
Resistenza chimica eccezionale: Il vetro è altamente resistente alla corrosione chimica, il che lo rende un materiale eccellente per proteggere i dispositivi MEMS in ambienti chimici aggressivi.
Resistenza meccanica: Il vetro è relativamente robusto e durevole, proteggendo i dispositivi MEMS dalle sollecitazioni meccaniche. A differenza dei metalli o di altri materiali, il vetro non subisce effetti di fatica, rendendolo adatto ad applicazioni ad alta affidabilità a lungo termine.
A differenza del silicio, il vetro è altamente isolante e il suo coefficiente di dilatazione termica (CTE) e la sua resistenza meccanica possono essere regolati entro un certo intervallo.
Interconnessione con vie passanti in vetro (TGV)
Interconnessioni ad alta densità: La tecnologia TGV consente interconnessioni ad alta densità, consentendo la realizzazione di dispositivi MEMS più complessi e fattori di forma più piccoli. Ciò è dovuto all'elevato rapporto di aspetto delle vie TGV, che facilita le interconnessioni verticali attraverso il substrato di vetro.
Affidabilità migliorata: La tecnologia TGV offre interconnessioni più affidabili rispetto al wire bonding o al flip-chip bonding. La lunghezza del percorso più breve dei TGV riduce il ritardo del segnale e le interferenze elettromagnetiche (EMI).
Stabilità termica: I TGV dissipano efficacemente il calore dai dispositivi MEMS conducendolo attraverso il substrato di vetro verso l'esterno del package. Ciò migliora significativamente la gestione termica dei dispositivi MEMS e ne prolunga la durata.
Flessibilità nel confezionamento: I TGV sono compatibili con vari metodi di interconnessione, offrendo una maggiore flessibilità nella progettazione del packaging MEMS. Ciò consente l'integrazione di più sensori, attuatori e altri componenti in un unico package.
Prestazioni ottiche migliorate: I TGV possono essere prodotti in serie con diametri ridotti, consentendo l'integrazione con fibre ottiche o altri componenti ottici. Ciò facilita la combinazione di dispositivi MEMS con funzioni di rilevamento o attuazione ottica.
03 Il processo tedesco LPKF LIDE migliora significativamente l'efficienza della lavorazione del vetro sottile
Le lastre di vetro sottili, con spessori compresi tra 50 μm e 1.000 μm, offrono un grande potenziale per diverse applicazioni industriali. Tuttavia, i tradizionali processi meccanici di taglio e foratura spesso lasciano microfratture e tensioni interne residue nei substrati di vetro, rendendo la lavorazione del vetro sottile difficile su scala microscopica. Il sistema laser LPKF Vitrion, che utilizza la più recente tecnologia LIDE (Laser-Induced Deep Etching), consente la lavorazione laser di precisione senza contatto dei materiali in vetro con un'efficienza e una qualità senza precedenti. Il processo LIDE apre nuove possibilità di progettazione nei microsistemi e ha il potenziale per rivoluzionare l'intera filiera industriale.
La tecnologia LIDE richiede solo due passaggi per affrontare queste sfide:
Modifica laser selettiva: In base al modello di progettazione, il vetro viene modificato selettivamente utilizzando una sorgente laser appositamente sviluppata. Il laser viene focalizzato all'interno del componente in vetro, ottenendo una modifica a tutto spessore.
Incisione chimica: Il laser altera le proprietà fotochimiche del materiale, consentendo un'incisione chimica selettiva nel processo successivo. La velocità di incisione delle aree modificate è significativamente superiore a quella del materiale non modificato. Il tempo di permanenza del vetro nel bagno di incisione è controllato con precisione per ottenere le dimensioni strutturali desiderate.
04 Applicazioni di LPKF LIDE nei MEMS
Il processo LIDE consente la creazione di microsistemi in vetro privi di difetti che mantengono l'elevata resistenza alla frattura del materiale originale, pur presentando un'elevata elasticità con un'eccellente ripetibilità. Questa capacità consente l'integrazione di strutture come molle, membrane verticali o orizzontali e componenti di attuazione o rilevamento.
Misurazioni di rilevamento forza-spostamento:
Sistemi a molle in vetro trattati con LIDE.
Strutture a micro-molla con una sezione trasversale di 30 μm × 260 μm e una dimensione della piattaforma XY di 5 mm × 7 mm.
Il sistema XY ha un intervallo di spostamento sull'asse Z fino a 4,3 mm.
Elevata ripetibilità e resistenza alla frattura di circa 1 GPa.
Misurazioni della riflessione ottica con azionamento a pettine radiale:
Due wafer di vetro con microstrutture e pellicole metalliche spruzzate vengono impilati insieme.
Strutture a pettine con una larghezza dello spazio di 5 μm.
I sistemi di riflessione ottica piezoelettrica raggiungono una deflessione angolare fuori piano di ±3,1° a 220 Hz.
Area di riflessione ottica di 7 mm × 7 mm.
Parole chiave SEO principali
Incisione laser LIDE
Tecnologia di confezionamento MEMS
Ferrovia attraverso il vetro (TGV)
MEMS a substrato di vetro
Incisione profonda indotta dal laser
MEMS per imballaggio ermetico
Lavorazione del vetro ultrasottile
Sistema LPKF Vitrion
Affidabilità dei sensori MEMS
Interposer in vetro MEMS
