Гибкие подложки для интеллектуальных сенсорных устройств. Часть 2
Стандартные алюминиевые контактные площадки на кремниевом кристалле контактируют через тонкий напылённый интерфейсный слой с медными отверстиями. Размеры отверстий и допуски на совмещение совместимы со стандартными схемами и размерами полупроводниковых площадок.
Датчики на кремниевых кристаллах, такие как датчики давления MEMS, лазерные диоды или фотодиоды должны быть встроены таким образом, чтобы с внешней стороны был доступ к поверхности датчика. Это можно сделать за счет удаления материала ЖКП в области поверхности датчика.
Инкапсуляция модуля
Если нужно установить больше, чем пару компонентов, встраивание вряд ли будет самой экономичной опцией. Для монтажа SMT компонентов можно использовать пайку оплавлением припоя. Выводы компонентов, чувствительных к температуре, можно припаивать контактной сваркой к ЖКП. Чтобы получить минимально возможный размер модуля, подложка будет монтироваться только с одной стороны.
ЖКП подложка может содержать во внутренних слоях встроенные, напыленные конструкции датчиков (например термопары с Рис. 3 и 4) или встроенный кремниевый кристалл (например, см. Рис.5). Рамка, выполненная литьем под давлением, из ЖКП будет размещаться над подложкой, чтобы закрыть всю высоту установленных компонентов. Затем оставшаяся подложка загибается по рамке, чтобы сформировать крышку. В такой конфигурации ЖКП подложка формирует дно и крышку модуля, а рамка – боковые стенки. Толщина стен будет все лишь 0,15 мм.
Рамка или крышка локально привариваются к ЖКП подложке. Это выполняется за счет размещения тонких теплопроводящих дорожек на верхнем слое ЖКП подложки. Такие теплопроводы можно точно нагреть электрическим током, чтобы локально расплавить ЖКП материал рамки и подложки. Если это сделать должным образом, любой интерфейс между различными слоями ЖКП материала будет полностью удален на периферии модуля и не останется никаких путей для электромиграции, что могло бы ограничить герметичность модуля.
Долгосрочные испытания на герметичность в жидкостях
Чтобы оценить долгосрочную работу компонентов, встроенных в ЖКП, было проведено испытание погружением в жидкости при повышенных температурах.
Тестовый чип чувствительный к влажности со встречно-штыревой структурой на поверхности кремния был встроен в ЖКП подложку.
Встроенный тестовый чип помещали в небольшие лабораторные сосуды и погружали либо в физиологический раствор с фосфатным буфером (PBS), либо в 80%-ю серную кислоту при 50 °C. Сопротивление встречно-штыревой конструкции на тестовом чипе измерялось в течение 11 месяцев (и сейчас продолжается) для обнаружения любого вида проникновения влаги в ЖКП корпус. Сопротивление ниже порогового значения прибора (10 ГОм) не обнаружено.
Заключение
Миниатюрные интеллектуальные сенсорные модули можно производить из ЖКП подложек, используя обычные гибкие схемы, тонкую пленку и стандартные процессы сборки и оборудование. Пассивные структуры показали возможность обеспечения долгосрочной стабильности в агрессивной среде на основании теста погружением. Конструкции с встроенным кристаллом обещают стабильность после более 11 месяцев погружения в PBS и серную кислоту. Эти результаты демонстрируют, что новый сет материалов, состоящих из ЖКП, применим для производства сложных структур для интеллектуальных сенсорных модулей в устройствах для медицинской, пищевой, фармацевтической, химической и промышленной областей.
Об авторах
Доктор Экхард Бихлер (Dr. Eckardt Bihler) получил докторскую степень по физике твердых состояний в Университете Штутгарта. За 25-летнюю карьеру в микроэлектронике он приобрел серьезный опыт в области керамических и органических корпусов, полупроводниковых разработок, фотоэлектрических элементов и технологий производства печатных плат. Он работает в DYCONEX в качестве менеджера по развитию бизнеса и программного менеджера по сенсорным устройствам.
Доктор Марк Хауэр (Dr. Marc Hauer) – менеджер по исследованиям и разработкам в DYCONEX. Он имеет 13 лет опыта в производстве печатных плат, датчиков и биосовместимых подложек. Как технический директор он отвечает за медицинские имплантируемые и высоконадежные продукты. До этого он работал в качестве менеджера по продуктам. Марк имеет докторскую степень в области лазерной обработки материалов в Швейцарском Федеральном Институте технологий в Цюрихе (ЕТН) и является автором 18 научных работ.
Биргит Нойбауэр (Birgit Neubauer) – дипломированный инженер, закончила Университет прикладных наук в Ройтлингене, Германия, по специальности химия полимеров. В течение нескольких лет она получала опыт как специалист по исследованиям и разработкам в немецкой компании производителе печатных плат и занималась получением сертификатов UL. Уже больше 10 лет Биргит работает инженером по продуктам в DYCONEX AG и участвует во всех основных проектах по развитию.
Источник: rfglobalnet.com
