PCB科技 - 用於PCB設計的MOEMS器件科技和封裝

介紹

這個 <堅強的>微型光電機械系統（MOEMS公司公司公司） 是一種新興技術，已成為世界上最流行的科技之一. MOEMS公司公司公司 is a micro-electro-mechanical system (MEMS) that uses a photonic system, 包含微機械光學調製器, 微型機械光開關, ICs和其他組件, 並使用小型化, 多種多樣, 和微電子MEMS科技，實現光學器件和電子器件的無縫集成. 簡單地說, MOEMS公司公司公司 是系統級晶片的進一步集成. 與大型光機設備相比, 印刷電路板設計MOEMS公司公司公司 設備更小, 打火機, faster (with higher resonance frequency), 可批量生產. 與波導法相比, 這種自由空間方法具有耦合損耗低、串擾小的優點. 光子學和資訊技術的變化直接推動了 MOEMS公司公司公司. 圖1顯示了微電子學之間的關係, 微觀力學, 光電子學, 光纖, MEMS和 MOEMS公司公司公司. 現今, 資訊技術發展迅速，不斷更新, 到2010年, 光速可達Tb/s. 不斷增長的資料速率和更高效能的新一代設備需求推動了對 MOEMS公司公司公司 和光互連, 以及 印刷電路板設計MOEMS公司公司公司 光電子領域的設備繼續增長.

印刷電路板設計MOEMS公司公司公司公司 設備和科技 印刷電路板 設計MOEMS公司公司公司 設備分為干擾, 繞射, 傳輸, 和 reflection types according to 這個ir physical working principles (see Table 1), 大多數都使用反射型設備. MOEMS公司公司公司 在過去幾年中取得了重大發展. 近年來, 由於對高速通信和資料傳輸的需求新增, 研究和開發 MOEMS公司公司公司 科技及其設備受到了極大的刺激. 所需的低損耗, EMV靈敏度低, 低串擾高數據率反射光 印刷電路板 設計MOEMS公司公司公司 已開發設備.

如今，除了可變光衰减器（VOA.）等簡單器件外，MOEMS公司公司公司科技還可用於製造可調諧垂直腔面發射雷射器（VCSEL）、光調製器、可調諧波長選擇性光電探測器和其他光學器件。 有源元件和濾波器、光開關、可程式設計波長光分插復用器（OADM）和其他光學無源元件以及大規模光交叉連接（OXC）。

在資訊技術中，光學應用的關鍵之一是商業化光源。 除了單片光源（如熱輻射源、LED、LDs公司和VCSEL）外，還特別關注帶有有源器件的MOEMS公司公司公司光源。 例如，在可調諧VCSEL中，可以通過微機械改變諧振器的長度來改變諧振器的發射波長，從而實現高性能WDM科技。 現時，已經開發了一種支撐懸臂調諧方法和一種帶有支撐臂的可移動結構。

還開發了一種帶有可移動反射鏡和反射鏡陣列的MOEMS公司公司公司光開關，用於組裝OXC、並聯和開關陣列。 圖2顯示了一個自由空間MOEMS公司公司公司光纖開關，該開關具有一對用於光纖橫向移動的U形懸臂致動器。 與傳統波導開關相比，它具有耦合損耗低、串擾小等優點。

在可變DWDM網絡中，具有大範圍連續可調的光學濾波器是一種非常重要的器件，已經開發出使用各種資料系統的MOEMS公司公司公司 F\U P濾波器。 由於可調諧光闌的機械靈活性和有效光腔長度，這些器件的波長可調諧範圍僅為70nm。 日本OpNext公司開發了一種MOEMS公司公司公司 F\U P濾波器，具有創紀錄的可調寬度。 該濾波器基於多個在裡面P/氣隙MOEMS公司公司公司科技。 垂直結構由6層懸掛式InP隔板組成。 薄膜為圓形結構，由3個或四個懸掛框架支撐。 矩形支撐臺連接。 其連續可調諧F\u P濾波器具有很寬的阻帶，覆蓋第二和第3個光通信視窗（1 250～1800 nm），波長調諧寬度大於112 nm，驅動電壓低至5V。

MOEMS公司公司公司設計和生產科技大多數MOEMS公司公司公司生產科技直接從IC行業及其製造標準演變而來。 囙此，在MOEMS公司公司公司中採用了車身和表面微加工和高成品率微加工（HARM）科技。 但還有其他挑戰，如模具尺寸、資料均勻性、3維科技、表面形貌和最終加工、不均勻性和溫度敏感性。

通常，光刻技術被廣泛用於製作結構圖案。 此外，無掩模光刻也可用於製作常規圖案。 例如，它用於聚合物等光敏資料的表面。 為了獲得低折射率表面，還可以製作二維圖案，該圖案可以替代傳統的多層抗反射塗層，並可用於MOEMS公司公司公司以提高其效能。 所使用的資料及其沉積科技類似於標準IC工藝，如矽熱氧化、LPCVD、PECVD公司、濺射、電鍍等，也可以使用不同類型的濕法蝕刻和幹法蝕刻科技。 例如，可以通過濕法各向異性腐蝕精確製作SiV形槽，它們廣泛用於光纖和光電子器件的對準和封裝。 微反射鏡可以通過濕法反應離子刻蝕（DRIE）和表面微加工來製作。 採用精珩磨科技還可以獲得縱模比較大的非平面結構。

現時，最常用的方法是帶有晶片凸點的微機械矽片平面科技，這使得標準和低成本的IC組裝方法成為可能。 為了保護晶片，晶片的表面可以用凝膠塗層密封，凹入式流動焊接法（IRS）可以作為一種改進晶圓級封裝的方法。 一些新的MOEMS公司公司公司產品對溫度特別敏感。 帶引線的器件通常採用手工焊接，而表面貼裝器件則採用鐳射焊接。

MOEMS公司公司公司採用了類比迴響回路（FEA）、工藝優化和二次設計等成功科技。 除了機械、熱和電力類比外，還介紹了光學類比（BPM）和效能評估。 此外，由於光學對準要求較高，為了實現完整的光學器件封裝和互連要求，在設計模擬中引入了封裝技術。 圖3顯示了MOEMS公司公司公司設計類比和工藝流程。

MOEMS公司公司公司 包裝材料 科技 此外 to the research 和 development of practical 印刷電路板設計MOEMS公司公司公司 設備, 現時的主要挑戰是在專用包裝中組裝和包裝可靠的設備. 雖然已經開發了許多設備, 市場上能可靠工作的設備很少. 原因之一是封裝困難，難以實現可靠和低成本的光連結. 尤其是作為 印刷電路板 設計MOEMS公司公司公司 設備進入應用程序欄位, 主要問題是光學對準和封裝. 此外, 實際損失 印刷電路板 設計MOEMS公司公司公司 設備還取決於封裝技術.

與標準包裝方法不同，MOEMS公司公司公司組件和包裝是特殊應用。 由於每個印刷電路板設計的MOEMS公司公司公司器件都是非標準開發，不同的應用有不同的封裝要求，所以MOEMS公司公司公司製造技術主要是封裝技術，而封裝成本在MOEMS公司公司公司中所占比例最大，占系統總成本的75%~95%。 囙此，一些開發人員表示：打包是一個過程，而不是一門科學。

通常，MOEMS公司公司公司封裝分為3個級別：晶片級、設備級和系統級。 其中，晶片級封裝包括晶片鈍化、隔離和焊接，提供電源路徑、訊號轉換和互連引線，以及傳感元件和執行器的鈍化保護和隔離； 器件級封裝包括訊號量測和轉換、引線鍵合和元件焊接； 包裝中的系統包括包裝、生產、組裝和測試。 採用玻璃纖維和球透鏡的2*2光開關封裝。 這種高性能、低成品率、批量生產的MOEMS公司公司公司光開關可以滿足全光網絡對器件的要求。

MOEMS公司公司公司包裝要求

MOEMS公司公司公司的包裝要求是：耐機械和熱衝擊、耐振動和耐化學性以及長壽命。 包括晶圓和晶圓的粘附厚度、晶圓切割、晶片固定和放置工藝、熱控制、應力隔離、密封封裝、檢查和調整。

晶片和晶片附著力厚度：晶片附著力通常相當厚（1mm以上），但現時標準IC封裝市場正在向多個維度發展，這對封裝技術構成了重大挑戰，因為某些傳統組裝設備無法使用。 沒有標準化的工具。

晶圓切割：晶圓切割過程是最大的問題。 使用粘膠膠帶手動操作，水流和振動會破壞微小的表面微機械結構。 此外，在腐蝕犧牲層之前進行切割會新增成本。 由於MOEMS公司公司公司一級包裝不必接觸周圍環境，囙此可以解决此問題。 熱控制：由於熱波動會導致效能不穩定，不同的CTE資料會導致光線偏離軸，囙此需要在晶片和封裝中進行熱控制。 散熱器（如熱調節器）可用於冷卻以保持恒定溫度。 晶片安裝使用焊料或環氧樹脂填充的高導熱銀資料。

應力隔離：印刷電路板設計MOEMS公司公司公司器件中的機械或熱應力與其工作原理有關。 人們認為，失配損耗引起的功能問題和應力問題會降低可靠性和效能，通常是由連接矽片和封裝的粘合劑或環氧樹脂的緩慢收縮引起的。

密封包裝：密封包裝通常用於提高設備的長期可靠性。 一般情况下，為防止濕氣、水蒸氣和污染進入外殼或腐蝕環境，應排空或加注惰性氣體。 必須使用金屬、陶瓷、矽或毫米厚的玻璃製作氣密管殼，並且在進行電力和光學互連時，必須確保氣密連接。

檢查和調整：由於製造過程中的微小偏差，必須檢查印刷電路板設計MOEMS公司公司公司設備，以滿足要求的技術指標。 一種是使用雷射微調電阻或雷射燒蝕方法，另一種是使用電子補償方法。

MOEMS公司公司公司封裝技術

MOEMS公司公司公司封裝技術的主要方面可分為模具固定、外殼、佈線和光互連。 在MOEMS公司公司公司中，商用設備需要實際的MOEMS公司公司公司混合可靠和安全的遮罩封裝。 由於光學的非接觸性和非侵入性，MOEMS公司公司公司器件封裝的印刷電路板設計比MEMS器件封裝要容易得多，可以使用MEMS設計，但需要優秀和可靠的光學對準。

光學對準：為了獲得可靠和低損耗的系統。 在MOEMS公司公司公司中，光學器件的對準是最重要的。 現時，MOEMS公司公司公司有兩種方法：被動對準和主動對準。 被動對準通常在製造過程中實現一次。 製造誤差或溫度變化會降低對準精度。 這些誤差可以通過主動對準系統進行補償。 主動對準更為複雜，但主動對準有助於降低系統公差，並可實現光學設備的實时對準。 多模應用的光學對準可以使用被動導波結構，如矽V型槽。 組裝MOEMS公司公司公司模塊的一種成熟方法是使用基於矽光臺階/矽微機械科技的無源對準光電子組件。 它還可用於單模光纖和混合集成光學或電力元件的被動對準，主要取決於V型槽的精度。 這種封裝技術已經發展到晶圓級自對準矽基板。 為了防止光纖移動，使用InP波導代替手動操作光纖。 由於MOEMS公司公司公司科技本身的精度不足，大多數單模器件（如OXC）必須使用主動對準。

在自由空間光互連和光存儲領域，對有特殊要求的集成微光學系統進行了模擬和標準化。 為了滿足對準要求，必須將定位自由度降至最低，並開發了帶定位裝置的預製模塊。 為了自由組合不同的標準組件，關鍵是建立機械和光學標準。 典型的自組裝MOEMS公司公司公司光開關朝著高集成度方向邁出了一大步。

外殼：MOEMS公司公司公司的幾何介面要求類似於平面集成。 在平面自由空間積分中，由於光在基片中以離軸角傳播，所有光學功能都在基片表面完成。 囙此，其介面也位於基板表面。 囙此，它不能與傳統的IC封裝一起封裝。 一般情况下，晶片放置在封閉的外殼中，以防止敏感光學設備受到外部光線的影響，但必須預留光通道，外殼中需要設計導光罩或視窗。 現時，MOEMS公司公司公司有許多商業包裝科技，廣泛使用的包裝方法包括陶瓷、塑膠和金屬3種常見類型。 由於陶瓷安全、可靠、穩定、堅固，不會彎曲或變形，大多數MOEMS公司公司公司使用陶瓷空腔殼體。 陶瓷外殼通常由底座或管座組成，通過粘合劑或焊料與一個或多個模具連接，蓋由透明玻璃製成。 確保良好的密封性能。 例如，使用snap科技的LCC snap陣列陶瓷腔體外殼比鉛管外殼更小，成本更低，並且線壓焊接和反向焊接適用於電力互連。

佈線和電力互連：所有MOEMS公司公司公司包必須提供光學和電力互連。 焊絲焊接是一種傳統的模具和外殼電力連接科技。 使用倒裝晶片（FC）科技可以在整個晶片區域內安排焊球，並提供更高密度的輸入/輸出連接。 然而，由於熔化焊料的加熱過程會損壞晶片並產生不同軸的現象，囙此不能用於光機組裝。 一種有效的解決方案是確定從MOEMS公司公司公司表面到封裝外表面的電接觸通道（包括通過基板的導電性），通過深度RIE蝕刻科技製作這些通道的通孔，並塗覆隔離層和導電層。

此外，在矽MOEMS公司公司公司的生產中，傳統的電路和金屬佈線工藝與各向異性深腐蝕工藝之間存在不相容性。 在微機械結構的矽各向異性深度腐蝕過程中，完成的電路和金屬佈線容易受到腐蝕和損壞。 一般的解決方案是：使用金作為電路和佈線的保護膜； 電極引線孔密佈後，蒸發玻璃罩上的鋁作為引線焊點，然後將其壓在一起。 但這兩種方法都新增了Si-MOEMS公司公司公司的加工難度，限制了Si-MOEMS公司公司公司的集成化和小型化。 為此，開發了一種使用SiO2/Cr作為保護膜的方法。 工藝簡單，成本低，實現了工藝間的相容性。 光互連：MOEMS公司公司公司器件光互連印刷電路板設計的關鍵是减少對準損耗。 使用非常穩定的粘合劑將玻璃纖維固定在精確的V型槽中，並通過被動或主動調整對齊模具。

此外 to the development and 的設計 印刷電路板設計MOEMS公司公司公司公司 設備, 還應注意 MOEMS公司公司公司 上 印刷電路板. 在光電子和 MOEMS公司公司公司, attention to backplanes and printed circuit boards (印刷電路板s) is growing. 但是 印刷電路板 在程式集中沒有要遵循的規則. 基本原則是處理設備, 包裝材料, 以及作為相互互動的系統的組裝. 的影響 MOEMS公司公司公司 on 印刷電路板 目前正在研究組裝, and 印刷電路板 需要製定裝配工藝和標準.

一個好的解決方案是使用聚合物導波光學電路板，即將印刷電路板載體和光學結構結合起來。 對於光連結，選擇具有熱凸臺波導結構的附加光學層。 附加光學層包括下包層、芯層和上包層，並通過印刷電路板制造技術的標準層壓科技製成薄片，最後成為電光電路板（EOCB）。 圖5顯示了EOCB的組裝，其中包括電/光載體、光電子器件和驅動器。 如VCSEL和PIN等光電子器件可以直接與波導耦合。 光學層放置在扁平管殼的中間，以保護焊接過程中熱負荷較高的光學結構。 然後通過標準層壓板製作EOCB。

通過直接對接耦合，可以實現光電器件與波導的耦合。 該連接過程還解决了光電器件與薄層中的光學多模結構之間的精確對準問題，並最小化了器件與波導軸之間的軸偏移。 此外，由於光束展寬的影響减小，相鄰通道之間的串擾也通過直接對接耦合受到限制。 EOCB對接耦合的整個光電器件如圖6所示。 現時，已經開發了一種帶有光發射機、驅動器和挿件的EOCB測試挿件板系統。

HDI-MCM封裝工藝具有發展前景此外，適用於MEMS的HDI-MCM封裝工藝是一種非常有前景的方法。 這也是將MEMS科技引入光電多晶片模塊（OE-MCM）的一個新應用。 由於HDI MCM封裝工藝能够在公共基板上支持多種類型的晶片，囙此非常適合MOEMS公司公司公司封裝。 HDIMCM為MOEMS公司公司公司的集成和封裝提供了靈活性，囙此無需改變MEMS或電子制造技術。 在使用標準化HDI工藝完成MOEMS公司公司公司晶片封裝所需的視窗後，可以使用大面積鐳射切割科技切割要連接到MOEMS公司公司公司的晶片。 打開物理訪問MEMS模具所需的視窗。 但MCM或平板的缺點之一是，無源光學結構（如分束器或合束器）無法在光纖中實現，只能使用拼接方法。 囙此，MOEM不能使用標準SMD工藝組裝，必須使用其他新增成本的方法。

發展前景MOEMS公司公司公司是一種新興技術。 它為電信和資料通信應用提供輕型、小型化和低成本的光學設備，並通過微光學元件的單片集成實現可移動結構。 它已成為21世紀電子領域的代表性科技之一。

MOEMS公司公司公司 受到研究組織和行業的高度重視. 桑迪亞國家實驗室, 科羅拉多大學和其他研究機構相繼開發出 印刷電路板 設計MOEMS公司公司公司 設備, 掀起了 MOEMS公司公司公司 光開關 and other optoelectronic devices in the world. 現時, MOEMS公司公司公司 已經開始商業化. 例如, 商業廣告 MOEMS公司公司公司 optical system has been used in the 最 advanced digital projectors and has begun trial operation in digital cinemas.

MOEMS公司公司公司市場前景看好。 據說，2003年進入市場的光開關價值達4.4億至100億美國。 2003年，MOEMS公司公司公司的市場份額占整個MEMS市場的8%。 錶2顯示了MOEMS公司公司公司應用程序市場的類型和份額。

作為一種新型的封裝設備,MOEMS公司公司公司公司 具有用於特殊應用的組件和包, 囙此它不同於標準的微電子方法. 其包裝成本在 MOEMS公司公司公司. 這個 MOEMS公司公司公司 包裝必須不僅確保產品的預期效能, but also make the device performance 可信賴的 and competitive in the market. 如果 MOEMS公司公司公司 想在這個新興技術領域佔有一席之地, 它將面臨一系列問題，如產品製造的可重複性, 包裝和工藝流程的標準化, 以及覈心設備的可靠性和壽命. 這不僅僅是為了發展設備科技, but also to develop 包裝科技. 雖然 MOEMS公司公司公司 很難, 發展很快, 還有很多商業包裝科技. 這意味著不缺乏解決方案, 缺乏如何將其應用於 MOEMS公司公司公司 生產. MOEMS公司公司公司 其器件科技在未來的資訊技術和光電子領域具有廣闊的前景.