Aplicación de la tecnología de grabado profundo inducido por láser LIDE en el envasado de MEMS
Gracias a la continua innovación de la tecnología MEMS, los dispositivos MEMS se utilizan ampliamente en electrónica de consumo, equipos médicos y aplicaciones aeroespaciales, ofreciendo un valor significativo gracias a su tamaño compacto, alta velocidad, fiabilidad y bajo coste. El empaquetado MEMS es un paso crucial en el desarrollo de dispositivos MEMS. El empaquetado MEMS (Sistemas Microelectromecánicos) implica el proceso de sellado y protección de los dispositivos MEMS, proporcionando conexiones eléctricas a la vez que los protege de las influencias ambientales. El proceso de empaquetado puede representar entre el 20 % y el 95 % de los costes de fabricación del producto.
01 El vidrio como material preferido para la fabricación de MEMS
Las innovaciones en la tecnología de procesamiento de obleas de vidrio impulsan avances en la tecnología MEMS. Las obleas de vidrio se utilizan en el encapsulado MEMS a nivel de oblea y sirven como sustrato alternativo a las obleas de silicio en ciertos productos electrónicos. Los sensores MEMS demuestran una alta fiabilidad y un rendimiento a largo plazo incluso en entornos hostiles. Los materiales de vidrio se utilizan comúnmente como soportes de sustrato en la tecnología de encapsulado MEMS, lo que las convierte en la opción ideal para diversas industrias y aplicaciones.
02 Ventajas del vidrio en la fabricación y envasado de MEMS
El vidrio es un material predilecto para el envasado de MEMS debido a su alta hermeticidad, estabilidad térmica, propiedades ópticas, resistencia química, alto aislamiento y maquinabilidad. Su durabilidad garantiza la protección a largo plazo de los dispositivos MEMS.
Propiedades ópticas
El vidrio es transparente, lo que lo hace ideal para dispositivos MEMS que requieren detección o actuación óptica. Puede recubrirse con diversos materiales de película fina, como metales u óxidos, para modificar sus propiedades ópticas. Además, su superficie lisa es una excelente opción para la reflexión óptica.
Encapsulación y embalaje
Alta hermeticidad:El vidrio proporciona un excelente sellado hermético, evitando que la humedad y otros contaminantes ingresen a los dispositivos MEMS, mejorando así la confiabilidad y la vida útil.
Resistencia química excepcional:El vidrio es altamente resistente a la corrosión química, lo que lo convierte en un material excelente para proteger dispositivos MEMS en entornos químicos hostiles.
Resistencia mecánicaEl vidrio es relativamente robusto y duradero, lo que protege a los dispositivos MEMS del estrés mecánico. A diferencia de los metales u otros materiales, el vidrio no sufre fatiga, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta fiabilidad a largo plazo.
A diferencia del silicio, el vidrio es altamente aislante y su coeficiente de expansión térmica (CTE) y resistencia mecánica se pueden ajustar dentro de un rango determinado.
Interconexión con vías de paso de vidrio (TGV)
Interconexiones de mayor densidad:El TGV permite interconexiones de alta densidad, lo que permite dispositivos MEMS más complejos y formatos más pequeños. Esto se debe a la alta relación de aspecto de las vías TGV, que facilitan las interconexiones verticales a través del sustrato de vidrio.
Mayor confiabilidadLos TGV ofrecen interconexiones más fiables que la unión por cable o la unión por chip invertido. Su menor longitud de trayectoria reduce el retardo de la señal y la interferencia electromagnética (EMI).
Estabilidad térmicaLos TGV disipan eficientemente el calor de los dispositivos MEMS conduciéndolo a través del sustrato de vidrio hacia el exterior del encapsulado. Esto mejora significativamente la gestión térmica de los dispositivos MEMS y prolonga su vida útil.
Flexibilidad en el embalajeLos TGV son compatibles con diversos métodos de interconexión, lo que ofrece mayor flexibilidad en el diseño de encapsulados MEMS. Esto permite la integración de más sensores, actuadores y otros componentes en un único encapsulado.
Rendimiento óptico mejoradoLos TGV pueden fabricarse en masa con diámetros pequeños, lo que permite su integración con fibras ópticas u otros componentes ópticos. Esto facilita la combinación de dispositivos MEMS con funciones de detección o actuación óptica.
El proceso alemán LPKF LIDE mejora significativamente la eficiencia del procesamiento de vidrio fino
Las láminas delgadas de vidrio, de entre 50 μm y 1000 μm, ofrecen un gran potencial para diversas aplicaciones industriales. Sin embargo, los procesos tradicionales de corte y taladrado mecánico suelen dejar microfisuras y tensiones internas residuales en los sustratos de vidrio, lo que dificulta su procesamiento a microescala. El sistema láser LPKF Vitrion, que utiliza la última tecnología LIDE (Grabado Profundo Inducido por Láser), permite el procesamiento láser de precisión sin contacto de materiales de vidrio con una eficiencia y calidad sin precedentes. El proceso LIDE abre nuevas posibilidades de diseño en microsistemas y tiene el potencial de revolucionar toda la cadena industrial.
La tecnología LIDE requiere solo dos pasos para abordar estos desafíos:
Modificación selectiva por láser: Basándose en el patrón de diseño, el vidrio se modifica selectivamente mediante una fuente láser especialmente desarrollada. El láser se enfoca dentro del componente de vidrio, logrando una modificación de espesor completo.
Grabado químicoEl láser altera las propiedades fotoquímicas del material, lo que permite un grabado químico selectivo en el proceso posterior. La velocidad de grabado de las áreas modificadas es significativamente mayor que la del material sin modificar. El tiempo que el vidrio permanece en el baño de grabado se controla con precisión para lograr las dimensiones estructurales deseadas.
04 Aplicaciones de LPKF LIDE en MEMS
El proceso LIDE permite la creación de microsistemas de vidrio sin defectos que conservan la alta resistencia a la fractura del material original, a la vez que presentan una alta elasticidad y una excelente repetibilidad. Esta capacidad permite la integración de estructuras como resortes, membranas verticales u horizontales y componentes de accionamiento o detección.
Mediciones de detección de fuerza-desplazamiento:
Sistemas de resortes de vidrio procesados LIDE.
Estructuras de microresorte con una sección transversal de 30 μm × 260 μm y un tamaño de plataforma XY de 5 mm × 7 mm.
El sistema XY tiene un rango de desplazamiento del eje Z de hasta 4,3 mm.
Alta repetibilidad y una resistencia a la fractura de aproximadamente 1 GPa.
Mediciones de reflexión óptica con accionamiento de peine radial:
Se apilan juntas dos obleas de vidrio con microestructuras y películas de metal pulverizadas.
Estructuras en forma de peine con un ancho de separación de 5 μm.
Los sistemas de reflexión óptica impulsados piezoeléctricamente logran una desviación angular fuera del plano de ±3,1° a 220 Hz.
Área de reflexión óptica de 7 mm × 7 mm.
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