Ứng dụng công nghệ khắc sâu bằng laser LIDE trong đóng gói MEMS
Với sự đổi mới liên tục của công nghệ MEMS, các thiết bị MEMS được sử dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng, thiết bị y tế và hàng không vũ trụ, mang lại giá trị đáng kể nhờ kích thước nhỏ gọn, tốc độ cao, độ tin cậy và chi phí thấp. Đóng gói MEMS là một bước quan trọng trong quá trình phát triển thiết bị MEMS. Đóng gói MEMS (Hệ thống Vi cơ điện tử) bao gồm quá trình niêm phong và bảo vệ thiết bị MEMS, cung cấp các kết nối điện đồng thời bảo vệ thiết bị khỏi các tác động của môi trường. Quá trình đóng gói có thể chiếm từ 20% đến 95% chi phí sản xuất sản phẩm.
01 Kính là vật liệu ưu tiên cho sản xuất MEMS
Những đổi mới trong công nghệ xử lý wafer thủy tinh đang thúc đẩy những tiến bộ trong công nghệ MEMS. Các wafer thủy tinh được sử dụng trong đóng gói wafer MEMS và đóng vai trò là chất nền thay thế cho wafer silicon trong một số sản phẩm điện tử. Cảm biến MEMS thể hiện độ tin cậy cao và hiệu suất lâu dài ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Vật liệu thủy tinh thường được sử dụng làm chất nền trong công nghệ đóng gói MEMS, khiến wafer thủy tinh trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau.
02 Ưu điểm của kính trong sản xuất và đóng gói MEMS
Thủy tinh là vật liệu được ưa chuộng cho bao bì MEMS nhờ độ kín khí cao, độ ổn định nhiệt, tính chất quang học, khả năng kháng hóa chất, cách điện cao và khả năng gia công. Độ bền của thủy tinh đảm bảo khả năng bảo vệ lâu dài cho các thiết bị MEMS.
Tính chất quang học
Thủy tinh trong suốt, lý tưởng cho các thiết bị MEMS cần cảm biến hoặc kích hoạt quang học. Nó có thể được phủ bằng nhiều loại vật liệu màng mỏng khác nhau, chẳng hạn như kim loại hoặc oxit, để điều chỉnh các đặc tính quang học. Ngoài ra, bề mặt cực kỳ nhẵn mịn của nó là một lựa chọn tuyệt vời cho phản xạ quang học.
Đóng gói và đóng gói
Độ kín khí cao: Kính có khả năng bịt kín tuyệt vời, ngăn chặn hơi ẩm và các chất gây ô nhiễm khác xâm nhập vào thiết bị MEMS, do đó nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ.
Khả năng kháng hóa chất đặc biệt:Kính có khả năng chống ăn mòn hóa học cao, khiến nó trở thành vật liệu tuyệt vời để bảo vệ các thiết bị MEMS trong môi trường hóa chất khắc nghiệt.
Sức mạnh cơ học: Kính tương đối bền và chắc chắn, bảo vệ các thiết bị MEMS khỏi ứng suất cơ học. Không giống như kim loại hoặc các vật liệu khác, kính không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng mỏi, do đó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao trong thời gian dài.
Không giống như silicon, thủy tinh có khả năng cách điện cao và hệ số giãn nở nhiệt (CTE) cũng như độ bền cơ học của nó có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định.
Kết nối với Vias xuyên kính (TGV)
Kết nối mật độ cao hơn: TGV cho phép kết nối mật độ cao, cho phép chế tạo các thiết bị MEMS phức tạp hơn và kích thước nhỏ gọn hơn. Điều này là do tỷ lệ khung hình cao của các lỗ xuyên TGV, tạo điều kiện cho kết nối theo chiều dọc xuyên qua lớp nền thủy tinh.
Độ tin cậy được cải thiện: TGV cung cấp kết nối đáng tin cậy hơn so với liên kết dây hoặc liên kết flip-chip. Độ dài đường truyền ngắn hơn của TGV giúp giảm độ trễ tín hiệu và nhiễu điện từ (EMI).
Độ ổn định nhiệt: TGV tản nhiệt hiệu quả từ các thiết bị MEMS bằng cách dẫn nhiệt qua lớp nền thủy tinh ra bên ngoài bao bì. Điều này cải thiện đáng kể khả năng quản lý nhiệt của các thiết bị MEMS và kéo dài tuổi thọ của chúng.
Tính linh hoạt trong bao bì: TGV tương thích với nhiều phương pháp kết nối khác nhau, mang lại tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế bao bì MEMS. Điều này cho phép tích hợp nhiều cảm biến, bộ truyền động và các thành phần khác vào một gói duy nhất.
Hiệu suất quang học được cải thiện: TGV có thể được sản xuất hàng loạt với đường kính nhỏ, cho phép tích hợp với sợi quang hoặc các thành phần quang học khác. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết hợp các thiết bị MEMS với chức năng cảm biến quang học hoặc chức năng truyền động.
03 Quy trình LPKF LIDE của Đức cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý kính mỏng
Tấm kính mỏng từ 50 μm đến 1.000 μm có tiềm năng to lớn cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên, các quy trình cắt và khoan cơ học truyền thống thường để lại các vết nứt siêu nhỏ và ứng suất dư bên trong trên bề mặt kính, khiến việc gia công kính mỏng ở cấp độ vi mô trở nên khó khăn. Hệ thống laser LPKF Vitrion, sử dụng công nghệ LIDE (Khắc sâu bằng laser) mới nhất, cho phép gia công laser chính xác không tiếp xúc trên vật liệu kính với hiệu suất và chất lượng chưa từng có. Quy trình LIDE mở ra những khả năng thiết kế mới trong các hệ thống vi mô và có tiềm năng cách mạng hóa toàn bộ chuỗi công nghiệp.
Công nghệ LIDE chỉ cần hai bước để giải quyết những thách thức này:
Sửa đổi Laser có chọn lọc: Dựa trên mẫu thiết kế, kính được biến đổi chọn lọc bằng nguồn laser được phát triển đặc biệt. Tia laser được tập trung bên trong thành phần kính, đạt được độ dày hoàn hảo.
Khắc hóa học: Tia laser làm thay đổi các đặc tính quang hóa của vật liệu, cho phép khắc hóa học chọn lọc trong quá trình tiếp theo. Tốc độ khắc của các vùng được biến đổi cao hơn đáng kể so với vật liệu chưa biến đổi. Thời gian thủy tinh nằm trong bể khắc được kiểm soát chính xác để đạt được kích thước cấu trúc mong muốn.
04 Ứng dụng của LPKF LIDE trong MEMS
Quy trình LIDE cho phép tạo ra các hệ thống vi mô thủy tinh không khuyết tật, giữ nguyên độ bền gãy cao của vật liệu ban đầu, đồng thời thể hiện độ đàn hồi cao với độ lặp lại tuyệt vời. Khả năng này cho phép tích hợp các cấu trúc như lò xo, màng dọc hoặc màng ngang, và các thành phần truyền động hoặc cảm biến.
Đo lường cảm biến lực-độ dịch chuyển:
Hệ thống lò xo thủy tinh được xử lý bằng LIDE.
Cấu trúc lò xo siêu nhỏ có mặt cắt ngang là 30 μm × 260 μm và kích thước nền XY là 5 mm × 7 mm.
Hệ thống XY có phạm vi dịch chuyển trục Z lên tới 4,3 mm.
Độ lặp lại cao và độ bền gãy khoảng 1 GPa.
Đo phản xạ quang học của ổ đĩa chải xuyên tâm:
Hai tấm kính có cấu trúc vi mô và màng kim loại phun được xếp chồng lên nhau.
Cấu trúc lược có khe hở rộng 5 μm.
Hệ thống phản xạ quang học được điều khiển bằng áp điện đạt được độ lệch góc ngoài mặt phẳng là ±3,1° ở tần số 220 Hz.
Diện tích phản xạ quang học là 7 mm × 7 mm.
Từ khóa SEO cốt lõi
Khắc laser LIDE
Công nghệ đóng gói MEMS
Tuyến xuyên kính (TGV)
MEMS nền thủy tinh
Khắc sâu bằng laser
Đóng gói kín MEMS
Gia công kính siêu mỏng
Hệ thống LPKF Vitrion
Độ tin cậy của cảm biến MEMS
Kính xen kẽ MEMS
