Chất nền IC - Công nghệ đóng gói thiết bị MEMS Đóng gói IC

Thiết bị MEMS có kích thước nhỏ và chi phí thấp, là hướng phát triển của cảm biến trong tương lai. Với những tiến bộ trong công nghệ đóng gói MEMS IC, cảm biến đóng gói MEMS IC quán tính và cảm biến tần số góc trung bình là một phần tử quán tính có độ phân giải cao, chi phí thấp được sử dụng để đo góc yaw và tốc độ góc cuộn của tư thế tên lửa. Trong các thiết bị MEMS, công nghệ đóng gói là rất quan trọng. Ngoài công nghệ tích hợp, bao bì đã trở thành một lõi khác của các thiết bị MEMS quán tính bền. Để cải thiện độ tin cậy của các thiết bị MEMS, chúng tôi đã thảo luận và nghiên cứu về công nghệ đóng gói.

1. Đánh giá về gói MEMS IC

MEMS, còn được gọi là MEMS, là một hệ thống thông minh tương đối độc lập với kích thước rất nhỏ, chỉ vài mm hoặc nhỏ hơn. Nó bao gồm ba thành phần chính: cảm biến, thiết bị truyền động và năng lượng vi mô. Thiết kế MEMS bao gồm nhiều ngành bao gồm vật lý, hóa học, kỹ thuật vật liệu, kỹ thuật điện tử và một loạt các ngành. Hệ thống MEMS được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó điện tử ô tô, máy tính, điện tử tiêu dùng và truyền thông mạng là bốn lĩnh vực phổ biến nhất. Quy trình MEMS có nhiều điểm tương đồng với quy trình IC truyền thống. MEMS tham khảo các quy trình IC như in thạch bản, lắng đọng màng, doping, khắc, đánh bóng cơ học hóa học, v.v. Đối với công nghệ xử lý ở cấp milimet hoặc nano, quy trình IC truyền thống không thể đạt được. Nó phải dựa vào micromachining để xử lý tốt. Để đạt được cấu trúc và chức năng cần thiết. Công nghệ vi gia công bao gồm công nghệ vi gia công silicon và công nghệ vi gia công bề mặt silicon. Công nghệ xử lý cơ thể là quá trình khắc lớp lót silicon dọc theo độ dày của lớp lót silicon, là một phương pháp quan trọng để đạt được cấu trúc ba chiều. Surface MicroMachining là một quá trình trong đó các bộ phim lắng đọng, quang khắc và khắc. Cấu trúc di động đạt được bằng cách lắng đọng các lớp cấu trúc trên các lớp hy sinh và sau đó loại bỏ chúng để giải phóng các lớp cấu trúc.

2. Ưu điểm của gói IC thiết bị MEMS

MEMS là chip dựa trên chức năng tích hợp, kích thước thường dưới milimet, quy trình sản xuất chính xác hơn, yêu cầu kỹ thuật cao hơn, hệ thống MEMS đã được sử dụng ở nước ngoài sớm nhất, ở nước ta bắt đầu muộn hơn, đầu tư vào MEMS tăng dần, thị phần ngày càng tăng. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống vi cơ điện là kết quả của sự đổi mới khoa học hiện đại và sự tiến hóa và cách mạng của công nghệ sản xuất vi mô. MEMS được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực cảm biến. Các sản phẩm MEMS rất phổ biến vì kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và chi phí thấp, điều này đã khiến nhu cầu về các sản phẩm MEMS hiệu suất cao, khối lượng nhỏ trong các lĩnh vực khác nhau tăng nhanh. Một số lượng lớn các sản phẩm MEMS đã được tìm thấy trong điện tử tiêu dùng, y tế và các lĩnh vực khác. MEMS có 5 đặc điểm sau:

2.1 Thu nhỏ

Các thiết bị MEMS nói chung là "nhỏ", cho dù về kích thước, trọng lượng hoặc tiêu thụ năng lượng, chi phí thuộc về "vi" series, cũng như hiệu quả làm việc cao và thời gian đáp ứng ngắn.

2.2 Nguồn nguyên liệu rộng và hiệu suất tuyệt vời

Nguyên liệu thô cho hầu hết các mạch tích hợp và MEMS là silicon, có thể được tinh chế bằng phản ứng hóa học từ silica, thành phần chính của cát, và nguyên liệu thô không có chỗ nào không có. Ngoài ra, silicon cứng như sắt, ít dày đặc hơn, tương tự như nhôm và có độ dẫn nhiệt cao.

2.3 Sản xuất hàng loạt

MEMS hoàn chỉnh có thể được sản xuất đồng thời trên một tấm silicon duy nhất và sản xuất hàng loạt có thể cải thiện hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí đáng kể.

2.4 Tích hợp

Một hệ thống bao gồm các cảm biến khác nhau hoặc thiết bị truyền động với các chức năng khác nhau có thể tạo thành một mảng thiết bị truyền động vi mô và một mảng cảm biến vi mô hoặc kết hợp các thiết bị với các chức năng khác nhau để tạo thành một hệ thống vi mô phức tạp. Sự kết hợp của bộ truyền động vi mô, cảm biến và thiết bị vi điện tử tạo ra MEMS với độ tin cậy và ổn định cao.

2.5 Liên ngành

Kiến thức thiết kế MEMS là một giao điểm kiến thức rộng, đa ngành. Công nghệ MEMS trở nên cực kỳ phức tạp và liên quan đến tất cả các khía cạnh của kiến thức. Thiết bị MEMS dựa trên nhiều kết quả phát triển của khoa học và công nghệ hiện đại.

3. Công nghệ đóng gói thiết bị MEMS IC

3.1 Công nghệ hàn tháo lắp

Hàn ngược là khi chip hướng xuống phía trước và sau đó được đóng gói với chất nền đóng gói. Ưu điểm là chip được kết nối trực tiếp với chất nền, do đó, wafer có thể được đảo ngược trực tiếp lên PCB và I/O có thể được vẽ từ xung quanh wafer. I/O được chiết xuất trực tiếp từ xung quanh mà không cần kết nối từ giao diện, làm giảm đáng kể chiều dài của kết nối, do đó làm giảm độ trễ, tăng tốc độ hoạt động và đạt được mục đích cuối cùng là cải thiện điện. Rõ ràng, đối với loại kết nối này, không gian có thể được sử dụng tối đa, không có khối lượng quá lớn do kết nối quá nhiều, thay vào đó, hiệu quả của chip đảo ngược gần như giống với kích thước ban đầu, cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động. Trong tất cả các công nghệ gắn trên bề mặt, chip đảo ngược cho phép đóng gói nhỏ nhất và mỏng nhất, làm giảm kích thước thiết bị sau khi đóng gói toàn bộ. Vì các khối lồi có thể lấp đầy toàn bộ lõi, mật độ kết nối của I/O cũng tăng lên đáng kể, tăng tốc hiệu quả đầu vào và đầu ra và giảm thời gian truyền tín hiệu do kết nối ngắn hơn, do đó cải thiện đáng kể hiệu suất điện. Ví dụ, trong trường hợp điện thoại nhỏ, cần rút ngắn dây dẫn giữa bộ khuếch đại và micrô để giảm nhiễu xuyên âm tín hiệu và cảm ứng dây dẫn. Để đạt được điều này, chip MEMS và mạch khuếch đại của điện thoại di động mini cần phải được đóng gói với nhau. Việc đóng gói thiết bị này đòi hỏi phải sử dụng công nghệ hàn ngược, giảm kích thước gói để hỗ trợ nhiều ứng dụng khác. Sau khi đóng gói thiết bị MEMS, điện thoại vi mô có tính năng tiêu thụ điện năng thấp, độ nhạy cao, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng micrô. Giá cả rẻ hơn nhiều so với micro parent truyền thống.

3.2 Công nghệ linh kiện đa chip

Các thành phần đa chip là gói cấp hệ thống, một bước đột phá trong công nghệ gói điện tử. MCM là một gói bao gồm hai hoặc nhiều chip được kết nối thông qua một chất nền và cùng nhau tạo thành một dạng gói của toàn bộ hệ thống. Nó cũng cung cấp các điều kiện cho tất cả các chip trong mô-đun để kết nối tín hiệu, quản lý I/O, điều khiển nhiệt, hỗ trợ cơ học và bảo vệ môi trường.

3.3 Gói IC đa chip

Bao bì đa chip là một xu hướng khác trong bao bì MEMS. Nén khối lượng của toàn bộ thiết bị, thích nghi với việc thu nhỏ, rút ngắn khoảng cách giữa tín hiệu và bộ truyền động, giảm tác động của tín hiệu và nhiễu bên ngoài, đặt chip MEMS và chip xử lý tín hiệu trong cùng một vỏ. Trên cơ sở chất nền gốm, công nghệ liên kết chì được sử dụng để gắn các cảm biến lại với nhau và các chất nền được đóng gói. Cuối cùng, việc đóng gói MEMS đã được thực hiện thành công.

MCM cung cấp một cách độc đáo và hấp dẫn để tích hợp và đóng gói các thiết bị MEMS hỗ trợ chức năng đa chip đồng thời trên cùng một chất nền mà không thay đổi MEMS và công nghệ sản xuất mạch và không ảnh hưởng đến tối ưu hóa hiệu suất. Gói MEMS dựa trên công nghệ MCM có thể thay thế cấu trúc gói một mảnh truyền thống mà không gặp vấn đề gì, đồng thời cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị. Ví dụ, gói cảm biến gia tốc do Limited sản xuất là lắp đặt mạch điều khiển và chip MEMS trên chất nền. Sử dụng công nghệ đóng gói này, độ tin cậy và mật độ đóng gói của bao bì được cải thiện một cách thuận tiện, đồng thời tăng hiệu quả sản xuất và năng suất hàng loạt. Từ các lợi thế kỹ thuật khác nhau, việc hoàn thành kết nối chip MEMS với chất nền là khả thi.

4. Gói IC kết luận

Phát triển công nghệ đóng gói MEMS, học hỏi kinh nghiệm đóng gói IC và giảm chi phí sản xuất; Trong giai đoạn đầu của thiết kế cấu trúc chip, ý tưởng mô hình hóa được sử dụng để mô phỏng bao bì và tìm vật liệu và quy trình phù hợp. Với sự phát triển của công nghệ đóng gói MEMS, quá trình xử lý sẽ chỉ trở nên phức tạp và đa dạng hơn, đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu công nghệ đóng gói MEMS để cung cấp các sản phẩm chất lượng.