Специјализовани материјали могу испунити критичне изазове МЕМС паковања

Dragnet: Big Gangster Part 1 / Big Gangster Part 2 / Big Book (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Иако стандардне методе производње полупроводника пружају основну способност, јединствени захтјеви МЕМС-а покрећу потребу за специјализованим епоксидима и лепком

Микроелектромеханички системи (МЕМС) представљају јединствене тржишне могућности и значајне производне изазове за дизајнере производа у скоро сваком сегменту примене. Користе се као акцелерометри, сензори притиска, оптички уређаји, микрофлуидни уређаји и друго, ови сензори и актуатори с микрофоном често морају бити изложени околини, али такође морају бити заштићени од фактора околине. Иако стандардне методе производње полупроводника пружају основну способност у испуњавању ових изазова, јединствени захтјеви МЕМС уређаја захтијевају специјализоване епоксије и лепкове који могу задовољити често супротне захтјеве.
Израђени са корацима обраде који су слични ИЦ изради, МЕМС уређаји се крећу од неколико милиметара до мање од микрона и могу се разликовати од једноставних статичких структура до комплексних система са покретним елементима ( слика 1 ). У димензијама МЕМС структура, физички ефекти као што је статички трење (стискање) настају због изузетно блиског размака микромеханираних елемената. Уз интерне ефекте, спољашњи услови као што су температура, влажност и честица могу оштетити уређаје или утицати на њихову дуготрајну поузданост. Заправо, као и код било ког механичког уређаја, корозија и хабање могу временом деградирати перформансе.

Слика 1: МЕМС структуре, као што је овај вибрациони конзол, диктирају употребу посебних метода паковања и материјала како би се осигурала функција и дуготрајна поузданост. (Извор: Пцфлет01 на ен.википедиа)
Поуздано умријети
Појединачне МЕМС матрице су причвршћене за метални, керамички или пластични пакет помоћу ИЦ-производних метода за причвршћивање, како би се обезбедила механичка подршка, као и топлотна и електрична проводљивост између матрице и паковања. Иако су се у производњи ИЦ-а користиле еутектичке легуре, као што су злато или злато / лименко, да се лемљење умије на пакете, високе температуре процеса које се користе у овом поступку стварају велика оптерећења од неусаглашености између коефицијента топлотне експанзије (ЦТЕ) силика и основни материјал паковања. Сходно томе, произвођачи МЕМС уређаја типично користе епоксије, као што су оне које испоручују Мастер Бонд (ввв.мастербонд.цом) и остали) који су обично јачи и мање погођени варијацијом процеса. Штавише, специфичне карактеристике ових епоксија се могу побољшати додавањем филера као што је силицијум диоксид за изолацију или сребро за проводљивост, учвршћивачи за побољшање чврстоће, катализатори за брзу очвршћавање и други материјали за оптимизацију специфичних особина као што су ЦТЕ, уношење влаге, адхезија, и расипање.
Након постављања плочице, епоксид мора бити очвршћен да би се поправио на месту коришћењем метода очвршћавања који обично снижавају температуру за веће време очвршћавања. Заправо, инжењери могу пронаћи различите епоксије и чак излечити методе које дају специфичну снагу везивања, отпорност и топлотну проводљивост потребну за сваки специфични МЕМС уређај, пакет и апликацију. На пример, релативно ниски температурни циклус може бити потребан да заштити материјале као што су анти-станцијски премази на МЕМС уређају.
Избор оба епоксида и ефикасног поступка сушења су критични у одржавању интегритета и дуготрајне поузданости МЕМС уређаја. Као и код било којих метода за причвршћивање, епоксидне везе могу пропасти ако произвођач не предузме довољну пажњу како би се осигурала потпуна покривеност материјала у подручју везивања између матрице и паковања. Варијације у процесној температури могу утицати на епоксидни вискозитет, а повећане температуре могу проузроковати миграцију загађујућих растварача преко повријеђене површине. Штавише, употреба епоксија који су превазишли препоручени рок трајања може довести до контаминације везе, што доводи до смањене проводљивости и могућег губитка адхезије. Коначно, различити материјали показују различите карактеристике старења. У најгорем случају, старење може резултирати разградњом везице за везивање.
Побољшана поузданост са подзнаком

Производња флип-чипа је постала широко усвојена због својих перформанси, величине и предности густине И / О у односу на конвенционално паковање. У ствари, флип-чипови омогућавају коришћење скоро читаве површине чипова за међусобно повезивање, елиминишући несразмјерну количину потребних некретнина у прошлости за међусобно повезивање, а истовремено обезбјеђивање нивоа миниатуризације пакета од посебног интереса за произвођаче МЕМС-а.
Кључни корак у производњи флип-чипа укључује пуњење ситног простора између чипа и подлоге са епоксидом како би се додатно повећала поузданост. После очвршћавања, овај епоксидни "подфил" ојачава механичку спојницу између матрице и паковања, смањује апсорпцију влаге и помаже у смањивању неусаглашености ЦТЕ, чиме се побољшава поузданост спојева и целокупна монтажа.
Критична карактеристика подфилије лежи у њеној способности да обезбеди повољан ЦТЕ меч са лемљењима који су користили за међусобно повезивање чипа и супстрата. Добар ЦТЕ подударање смањује термичке напоне на зглобовима при спајању тако што се те напрезања равномерније распоређују преко спојева спојева, чипа, подлоге и самог себе. У ствари, произвођачи су открили да коришћење одговарајућег материјала за подмазивање повећава животни век термалног зглоба спојева за више од реда магнитуде.
За све њене предности, подфилтер може уствари увести проблеме, осим ако је одабран уз пажљиву пажњу на његове физичке особине. На пример, подфилски материјал се типично издваја ињектирањем и вуче у ситне просторе између флип-чипа и паковања кроз капиларно деловање. Док испуњава, материјал треба да поседује одговарајући вискозитет како би избегао стварање празнина, што ствара тачке великог стреса који могу довести до раног раздвајања. Једном на месту, материјал захтијева довољну снагу и затезну чврстоћу како би се успротивила формирању микрокрвака, која се може проширити термичким бициклом и довести до отказа раног чипа. Осим тога, подмазани материјал који се смањује за време сушења може подстакнути напоне довољно велике да пукне саму плочу.
Сличне проблеме настају током животног циклуса производа. Испуњени материјали који преурањено старају услед термалног бицикла или услова околине могу допринети раздвајању и неуспеху производа. Заправо, наставак изложености високој влажности може довести до отицања материјала који имају слабе влаге, што доводи до додатног напрезања унутар пакованог МЕМС уређаја и вјероватно неуспјеха.
Специјализована енкапсулација
За произвођаче МЕМС-а, балансирање потребе за заштитом ових уређаја и даље омогућавајући њихово интеракцију са околином, довело је до специјализованих метода за инкапсулирање МЕМС уређаја, интегрисаних електронских кола и жичаних веза. На пример, сензори притиска МЕМС су сахрањени у шупљинама изграђеним током израде или у затвореним зидовима доданим током паковања и коначно прекривеним мембраном.

Слика 2: Користећи технике брана и пуњења, произвођачи користе материјале високог вискозитета за изградњу брана, који стварају бунар око МЕМС чипа, а затим га напунити материјалом ниско вискозности како би се потпуно склопила целокупна монтажа. (Извор: Мастер Бонд Инц.)
Код МЕМС чипова, енцапсулација се често ослања на конвенционалне технике "брана и пуњења" ( слика 2 ). У зависности од МЕМС уређаја и апликације, бунар је испуњен материјалом мањих вискозитета који ствара танак слој преко матрице и око жичане везе. Брана створена прстеном материјала високог вискозитета омогућава употребу тањег материјала који може брзо и глатко да тече како би завршио процес пуњења брже док је постигао јединственост потребну за осигурање енкапсулације склопа.

Рохит Рамнатх, технички представник продаје за Мастер Бонд Инц. - произвођач специјалних формулација за љепила. Он анализира питања оријентисана на апликацију и пружа решења за производе за компаније у ваздухопловству, електроници, медицинској, оптичкој и нафтној / хемијској индустрији. Дипломирао је на Универзитету Царнегие Меллон са магистарским студијама за хемијско инжењерство.