Aplicação da tecnologia de gravação profunda induzida por laser LIDE em embalagens MEMS
Com a inovação contínua da tecnologia MEMS, os dispositivos MEMS são amplamente utilizados em eletrônicos de consumo, equipamentos médicos e aplicações aeroespaciais, oferecendo valor significativo devido ao seu tamanho compacto, alta velocidade, confiabilidade e baixo custo. A embalagem MEMS é uma etapa crítica no desenvolvimento de dispositivos MEMS. A embalagem MEMS (Sistemas Microeletromecânicos) envolve o processo de selar e proteger os dispositivos MEMS, fornecendo conexões elétricas e protegendo-os das influências ambientais. O processo de embalagem pode representar de 20% a 95% dos custos de fabricação do produto.
01 Vidro como material preferencial para fabricação de MEMS
Inovações na tecnologia de processamento de wafers de vidro estão impulsionando avanços na tecnologia MEMS. Os wafers de vidro são usados em encapsulamentos de wafers MEMS e servem como substrato alternativo aos wafers de silício em certos produtos eletrônicos. Os sensores MEMS demonstram alta confiabilidade e desempenho de longo prazo, mesmo em ambientes adversos. Materiais de vidro são comumente usados como substratos na tecnologia de encapsulamento MEMS, tornando os wafers de vidro uma escolha ideal para diversos setores e aplicações.
02 Vantagens do Vidro na Fabricação e Embalagem de MEMS
O vidro é um material preferencial para embalagens MEMS devido à sua alta estanqueidade, estabilidade térmica, propriedades ópticas, resistência química, alto isolamento e usinabilidade. Sua durabilidade garante proteção de longo prazo para dispositivos MEMS.
Propriedades ópticas
O vidro é transparente, o que o torna ideal para dispositivos MEMS que requerem sensoriamento ou atuação óptica. Ele pode ser revestido com diversos materiais de película fina, como metais ou óxidos, para modificar suas propriedades ópticas. Além disso, sua superfície altamente lisa é uma excelente escolha para reflexão óptica.
Encapsulamento e Embalagem
Alta estanqueidade: O vidro proporciona excelente vedação hermética, evitando que umidade e outros contaminantes entrem nos dispositivos MEMS, aumentando assim a confiabilidade e a vida útil.
Resistência Química Excepcional: O vidro é altamente resistente à corrosão química, o que o torna um excelente material para proteger dispositivos MEMS em ambientes químicos agressivos.
Resistência mecânica: O vidro é relativamente robusto e durável, protegendo os dispositivos MEMS contra tensões mecânicas. Ao contrário de metais ou outros materiais, o vidro não sofre efeitos de fadiga, tornando-o adequado para aplicações de alta confiabilidade a longo prazo.
Ao contrário do silício, o vidro é altamente isolante, e seu coeficiente de expansão térmica (CTE) e resistência mecânica podem ser ajustados dentro de uma determinada faixa.
Interconexão com Vias Through-Glass (TGV)
Interconexões de alta densidade: O TGV permite interconexões de alta densidade, permitindo dispositivos MEMS mais complexos e formatos menores. Isso se deve à alta proporção das vias TGV, que facilitam interconexões verticais através do substrato de vidro.
Confiabilidade aprimorada: O TGV proporciona interconexões mais confiáveis em comparação com a ligação por fio ou a ligação por flip-chip. O menor comprimento de caminho dos TGVs reduz o atraso do sinal e a interferência eletromagnética (EMI).
Estabilidade térmica: Os TGVs dissipam o calor dos dispositivos MEMS de forma eficiente, conduzindo-o através do substrato de vidro para o exterior da embalagem. Isso melhora significativamente o gerenciamento térmico dos dispositivos MEMS e prolonga sua vida útil.
Flexibilidade na Embalagem: Os TGVs são compatíveis com diversos métodos de interconexão, oferecendo maior flexibilidade no design de encapsulamento MEMS. Isso permite a integração de mais sensores, atuadores e outros componentes em um único encapsulamento.
Desempenho óptico aprimorado: Os TGVs podem ser produzidos em massa com diâmetros pequenos, permitindo a integração com fibras ópticas ou outros componentes ópticos. Isso facilita a combinação de dispositivos MEMS com funções de detecção ou atuação óptica.
03 O processo alemão LPKF LIDE melhora significativamente a eficiência do processamento de vidro fino
Folhas finas de vidro, variando de 50 μm a 1.000 μm, apresentam grande potencial para diversas aplicações industriais. No entanto, os processos tradicionais de corte e perfuração mecânica frequentemente deixam microfissuras e tensões internas residuais nos substratos de vidro, tornando o processamento de vidro fino desafiador em microescala. O sistema a laser LPKF Vitrion, utilizando a mais recente tecnologia LIDE (Laser-Induced Deep Etching), permite o processamento a laser de precisão sem contato de materiais de vidro com eficiência e qualidade sem precedentes. O processo LIDE abre novas possibilidades de design em microssistemas e tem o potencial de revolucionar toda a cadeia da indústria.
A tecnologia LIDE requer apenas duas etapas para enfrentar esses desafios:
Modificação seletiva a laser: Com base no padrão de design, o vidro é modificado seletivamente usando uma fonte de laser especialmente desenvolvida. O laser é focado dentro do componente de vidro, alcançando a modificação de toda a espessura.
Gravação Química: O laser altera as propriedades fotoquímicas do material, permitindo a corrosão química seletiva no processo subsequente. A taxa de corrosão das áreas modificadas é significativamente maior do que a do material não modificado. O tempo que o vidro permanece no banho de corrosão é controlado com precisão para atingir as dimensões estruturais desejadas.
04 Aplicações de LPKF LIDE em MEMS
O processo LIDE permite a criação de microssistemas à base de vidro sem defeitos, que mantêm a alta resistência à fratura do material original, exibindo alta elasticidade e excelente repetibilidade. Essa capacidade permite a integração de estruturas como molas, membranas verticais ou horizontais e componentes de atuação ou detecção.
Medições de detecção de força-deslocamento:
Sistemas de molas de vidro processados por LIDE.
Estruturas de micromolas com seção transversal de 30 μm × 260 μm e tamanho de plataforma XY de 5 mm × 7 mm.
O sistema XY tem uma faixa de deslocamento do eixo Z de até 4,3 mm.
Alta repetibilidade e resistência à fratura de aproximadamente 1 GPa.
Medições de reflexão óptica por acionamento por pente radial:
Duas pastilhas de vidro com microestruturas e filmes metálicos pulverizados são empilhadas.
Estruturas de pente com largura de abertura de 5 μm.
Sistemas de reflexão óptica acionados piezoeletricamente alcançam deflexão angular fora do plano de ±3,1° a 220 Hz.
Área de reflexão óptica de 7 mm × 7 mm.
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