מעקבים מעובדים בייצור מערכות מיקרואלקטרומכניות קפוסות (ממ"מ)

העברה מולידת MEMS Encapsulation

מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS) הן מכשירים מיניאטורית המשלבים אלמנטים מכניים, חיישנים, אקטוטורים ואלקטרוניקה על תת-קרקעיים נפוצים סיליקון.המכשירים האלה הפכו הכרחיים על פני תעשיות, מחיישנים לא-פרטיים ו שבבי אבחון רפואיים למיקרופוןי אלקטרוניקה צרכניים ומגישים RF.אבל החומרים המתקדמים והעיגולים העדינים של MEMS דורשים הגנה חזקה מפני גורמים סביבתיים כגון לחות, אבק, הלם מכני, ולכן גם תהליכי בקרה תרמיים, ולכן הם אלה, כמו תהליכי ייצור גמישים.

תהליך ההעברה מסביר

דפוס העברה הוא גרסה של הזרקה עובש מותאם עבור encapsulating מרכיבים pre-placed. בניגוד עובש הזריקה קונבנציונלי שבו העששת עובש הוא ריק במהלך הזריקה, העברת עובש מציגה את המתחם התבניות לתוך חלל המכיל כבר את מכשיר MEMS. התהליך יכול להיות שבור לתוך השלבים הבאים.

שלב-בי-Step Process

(FLT:0) הכנת ההכנות וההתקן.FreaLT:1) מכשיר MEMS, בדרך כלל מותקן על מסגרת או תת-קרקעית, ממוקם בדיוק בתוך חלל עובש.התבנית מורכבת משני חצאים: חסימת העשב והסיר העברת.ה ניתן להחזיק בה במקום על ידי ריק, קלפי מכני, או קלטת דבקה.
(FLT:0) ממתין וקידום .IRLT:1) A pre-measured pellet או Tablet של תרכובת עובש (בדרך כלל a thermosetting epoxy) ממוקם לתוך סיר ההעברה.הסיר מחומם לרכך את החומר, העלאת הטמפרטורה ל -100-120 מעלות צלזיוס עבור פורמולציות רבות.
(FLT:0)Transfer andזרקה.ph.FLT:1; A צונח דוחף את המתחם המוסף מן הסיר העברה באמצעות מערכת sprue ו רץ לתוך חלל עובש.לחץ ההזרקה מוחל על 10-30 MPa (1500-4500 psi), מה שחייב את החומר לזרום סביב מבנה MEMS.
(FLT:0)Curing and Solidification.FLT:1, התבנית נשמרת בטמפרטורה גבוהה יותר (150-180 מעלות צלזיוס) כדי להפעיל את התגובה החצוצרה של פולימר התרמוסט.הזמן המרפא תלוי בחומר ובעובי חלקי, בדרך כלל החל מ-60 עד 180 שניות.
(FLT:0) , post-Cure.ve.ph:1) לאחר ריפוי, עובש נפתח והמכשיר המבודד מוזרק.חלק דורשים טיפול תנור לאחר (4-4 שעות ב-150-175 מעלות צלזיוס) כדי להשלים את החיתוך והאחסון החומרי.

השוואה עם קומפרספרסון וזריקת מוליד

העברת עובש מציעה יתרונות ברורים על עובש דחיסה (שם המכשיר ממוקם עובש וחומר הוא לחץ על זה) ואת הזרקת סטנדרטית עובש. in דחיסה, כוח דחיסה גבוהה יכול להזיק מבנים meMS עדין במהלך שלב עובש. הזרקת עובש, בעוד מעולה לייצור מהיר של חלקים עמידים, הוא פחות מתאים לcapsulating רכיבים pre-placeed כי את ההיתוך יכול ליצור מלכודת מהירות גבוהה תחת לחץ על ידי לחץ עמוק בתוך לחץ, עדיין בלחץ עמוק לתוך לחץ חזק, עדיין לחץ על ידי לחץ עמוק לתוך לחץ עמוק בתוך הפחתת לחץ על ידי לחץ חזק, עדיין.

חומרים בשימוש ב-MeMS Transfer

בחירת המתחם עובש היא אחת ההחלטות הקריטיות ביותר בתהליך ה-capsulation.החומר חייב להגן על מכשיר MEMS, בעוד שלא מפריע לתפקודו.

Eoxyמול התאמות (EMCs)

(החומרים הנפוצים ביותר עבור MEMS encapsulation.הם מורכבים מ-epoxy resin, hardener, מלא חלקיקים (בדרך כלל מפוזר), להבות, ותוספים אחרים.תוכן הממלאים 3 מקטין את ההתרחבות התרמית, משפר את מוליכות תרמית, ותחתיות נמוכה יותר.

« « « סיליקון מול זעזועים

עבור מכשירי MEMS הדורשים מודלוסים גמישים נמוכים (למשל, חיישנים בלחץ עם membranes עדין) או יציבות טמפרטורה גבוהה יותר, תרכובות מבוססות סיליקון מציעים יתרונות.סיליקון יש טמפרטורה נמוכה מאוד מעבר זכוכית (Tg) ולשמור על גמישות על טווח טמפרטורה רחב.עם זאת, הכוח המכאני שלהם נמוך יותר מאשר epoxies, והם עלולים לספוג לחות, ולכן הם משמשים לעתים קרובות עבור יישומים.

Crystal Polymers (LCP)

LCPs הם תרמופלסטיקה ביצועים גבוהים שניתן לעבד על ידי העברת עובש.הם מציעים ספיגה לחות נמוכה, תכונות דיאלקטריות מצוינות וביצועים עתירי גבוה. LCPs צוברים עניין עבור אריזות MEMS בסביבות קשות, כגון רכב או שמן ו-gas חיישנים. העיבוד שלהם דורש בקרת טמפרטורה מדויקת כדי למנוע השפלה.

מחסומים והשפעה

עובש מוצלח של העברה תלוי בשליטה זהירה של כמה פרמטרים הקשורים.

טמפרטורה

הטמפרטורה של הסיר העברה (preheat), טמפרטורה עובש וטמפרטורת ג'ל החומר יש להתאים. A-low עובש טמפרטורה יכול לגרום ריפוי לא שלם או תקופות מחזור ארוכות; גבוה מדי עשוי להתחיל צומת מוקדם לפני שהכבד מלא, המוביל לדלקת עובש קצרה. טמפרטורות עובש אופייני עבור EMCs טווח מ 150 מעלות צלזיוס ל 180 מעלות צלזיוס, עם העברה מוקדמת של נוזל ב 90- 120 מעלות צלזיוס.

לחץ ומהירות העברה

לחץ וזרימה חייבים להיות מאוזנים כדי להימנע נזק למבנים של MEMS. לחץ גבוה יכול לגרום גורף חוט (בכת חוטי האג"ח) או למות הטיה (העברה של סיליקון למות) מהירות העברה נשלטת על ידי מהירות הצולל; שלב ראשוני איטי מפחית את הבלבול, בעוד שלב סופי מהיר יותר מבטיח למלא את המלא לפני הג'ל מודרני להעביר תבניות תקשורת מאפשרות פרופילים.

זמן קר

התגובה crosslinking היא זמן-זמן תלוי.תרופה יעילה משאירה את החומר מתפתל ופרון כדי סדק. Over-curing עשוי להפיג את הפולימרים.גליון הנתונים של היצרן עבור תרכובת עובש מספק לוח זמנים מומלץ להקליד. ניטור קוליין של לחץ חלל או תכונות דיאלקטריות יכול לאשר ריפוי תקין.

שיקולים עיצוביים

פריסה מלד, מיקום השער, ממדים רץ, ואוורור הם קריטיים. גייטס צריך להיות ממוקם כדי למנוע חסימה ישירה על מבנים שבריריים. רציפות חייב להיות מאוזן כדי להבטיח אחידים למלא על פני חללים מרובים. ונוודים מאפשרים אוויר לכוד כדי לברוח, למנוע רִיק.בנוסף, את התבנית יש לתכנן עבור הדגמה קלה, לעתים קרובות באמצעות סיכות או הצלחות.

היתרונות של העברה מוליד עבור MEMS

(FLT:0) עדיפות ומדים: FLT:1 תהליך ההעברה מספק זרימה חומרית עקבית וחלוקת לחץ, וכתוצאה מכך עובי אחיד של קיבולת עם סובלנות הדוקה (בדרך כלל ±25 μm).
(FLT:0)Low מכני מתח: 1FLT בניגוד עובש דחיסה, העברת עובש חלה כוח נמוך יחסית למכשיר במהלך זרימת פולימר.זה מקטין את הסיכון של מיקרו מבנים עדינים מזיקים כגון cantilevers, membranes, או קומפלקס.
(FLT:0) אחריות לתרכובת Geometries: ⁇ 1 (האפשרות למלא פערים דקים וכבדות מורכבות הופכת את העברת האידיאלי עבור MEMS עם חללים עמוקים, ממשקים מופרשים, או רכיבים מרובים (למשל, חיישן פלוס ASIC).
(ב) ,0) גבוה דרך חישוב: 1FLT 1 עובש רב-כבד יכול לייצר מאות חלקים מלוכדים במשך שעה, מה שהופך את התהליך כלכלי עבור יישומים גבוהים.
(FLT:0) ,Reduced Flash and Waste:FLT:1 The מבוקר להעביר סיר ועיצוב שער מקטין חומר עודף (flash) בהשוואה לדחיסה, צמצום שלשה לאחר המוות.
(FLT:0) , Adhesion and Reliability:BuildFLT) 1 הטבע התרומטיבי של EMCs מספק אג"ח כימי חזק על פני השטח של המכשיר ולהוביל, יצירת חבילה סגורה באופן חד-משמעי, אשר מתנגד לחות באגרסיביות וברכיבה תרמית.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

למרות היתרונות שלה, העברת עובש מציגה כמה אתגרים הדורשים הנדסה זהירה.

המונחים:

אוויר חטוף או תנודתיות יכול ליצור ריקות בתוך הcapsulation, ההסתברות של אמינות. וידים לפעול כמצמי הלחץ והמסלולים ללחות. Mitigation כולל עיצוב עובש תקין, עובש עמידת אבק (שם כי העקרב מפונה לפני ההזרקה), ו ⁇ שער רץ וגיאומטריה כדי לקדם זרימת laminar.

Wire סוויפ ו Die Shift

במהלך זרימת החומר, חוטי האג"ח המחברים את MEMS למות למסגרת יכול להיות עקורים.זה ידוע בתור חוט גורף צירים.להגדיל את קוטר, צמצום מהירות זרימת הדם, ושימוש בחומרי דיוק גבוהים יותר יכול לעזור. בדומה, שינוי מוות מתרחש כאשר סיליקון מת נע ממקום המיועד שלו.

מתחים חמים ומכניים

CTE לא מתאים בין תרכובת עובש, סיליקון ועופרת מייצרת מתח במהלך קירור ורכיבה תרמית.זה יכול לגרום אריזה סדק או דלמנטום.שימוש בתרכובות דפוס מתח נמוך עם CTE, אופטימיזציה תוכן מלא, ולאחר טיפול annealing יכול להקל על הלחץ.

חומרים חיצוניים

חומרים ממתנים משחררים כמויות קטנות של תוצרי לוואי תנודתיים במהלך ריפוי.אלה יכולים לבלוט על רכיבים סמוכים או כריות קישור corrode. Vacuum עובש ובחירת חומרים נאותה (עם ניסוחים נמוכים) הם פתרונות יעילים.

ניקוי ותחזוקה

הצטברות תרכובת ריבונית על פני משטח עובש מובילה לפגמים לאורך זמן. מחזורי ניקוי אוטומטיים, ציפויי שחרור עובש, ניקוי ידני הם הכרחיים כדי לשמור על איכות חלקית.

יישומים ב-MeMS מכשירים

עיבוד העברה מועסק על פני מגוון רחב של מוצרי MEMS.

(FLT:0) חיישנים אינפורמטיביים (Accelerometers & Gyroscopes): מערכות בטיחות רכב 1 , חישה תנועה סמארטפונים, ניטור רטט תעשייתי מסתמכ על חבילות מעוצבות כדי להגן על ההמונים מיקרו-מנצנצנצנצ'נט.ה-המזל לא צריך לחסן תנועה, כך חומרים עם מודלוס נמוך מועדפים.
(FLT:0) חיישנים בלחץ mMS עבור ניטור לחץ צמיג, catheters הרפואי ומערכות HVAC משתמשים בחבילות מובנות באמצעות ממשק diaphragm. ג'ל הסיליקון לעתים קרובות מערער את האלמנט החישה, בעוד התבנית החיצונית מגינה על ASIC ו-wiring.
(FLT:0)MEMS Microphones:FLT:1ir; טרנסים זעירים במיקרופון רגישים ללחץ וזיהום.עבור עובש מספק סביבה נקייה, מבוקרת סביב MEMS למות, תוך השארת נמל אקוסטי פתוח.
(FLT:0)RF MEMS:FLT:1 Switches,varactors, ופילטרים לתקשורת אלחוטית דורשים אריזה דלת-הפסדים.עבורה LDLCP או EMCs מיוחדים נמוך-חשמלי לשמור על ביצועים גבוהים.
(FLT:0Medical Implants:FLT:1 bioתואמים עובש תרכובות encapsulate meMS עבור צגים בלחץ דם, משאבות משלוח סמים, וחיישנים לחץ תוך עיני.

קידום ומגמות עתידיות

תעשיית MEMS ממשיכה לדחוף חבילות קטנות יותר, אמינות גבוהה יותר, ועלויות נמוכות יותר. התפתחויות רבות מעצבות את העתיד של העברת עובש.

העברה מבוססת סרטים

בגרסאות אלה, סרט פולימר דק ממוקם בין פני השטח עובש לבין המתחם לפני הזריקה.הסרט מונע מתחמת תרכובת לתבנית, מבטל פלאש, ומגן על תכונות עדינות.זה גם מאפשר עובש של חללים רב-שלביים ללא שקופיות עובש מורכבות.תבנית העברה מוסת של הסרט צוברת מתחנן עבור חבילות חיישן מתקדמות.

העברה מהירה ויפר-לבית מול

במקום להשרות מכשירים, העברת עובש מוחל יותר ויותר בקנה מידה של wfer. a whole wfer עם מאות או אלפי mMS מת מעוצבת בשלב אחד, ולאחר מכן diced.זה מקטין עלויות טיפול ומאפשר capsulation אחיד.אתגרים כוללים שליטה וריאציות עובי ולהימנע מעמודי מלחמה.

פיתוח חומרים מתקדמים

תרכובות עובש חדשות נועדו עם CTE נמוך יותר, מוליכות תרמית גבוהה יותר, ושיפור דבק. פולימרים גבישיים נוזלי ותרמופלסטים עם מאפיינים מותסים-מעבד מציעים מחזוריות מהירה יותר, בנוסף, תרכובות עובש התנהגותיות עבור מגנים אלקטרומגנטיים מפותחים.

מעבד Simulation ו- Digital Twin

דינמיקת נוזל Computational ו- עובש זרימה תוכנה (למשל, Moldex3D, Autodesk Moldflow) מאפשרת למהנדסים לדמות זרימה חומרית, העברה חום, וריפוי קינטיקה לפני בניית התבנית.זה מקטין את זמן הניסוי וטרור ומקצר את זמן הפיתוח.השימוש תאומים דיגיטליים בייצור מאפשר תיקון בזמן אמת.

מסקנה

העברת עובש נותרה טכנולוגיה אבן הפינה עבור הcapsulation של מכשירי MEMS, מתן הדיוק, האמינות, והיקף הביקוש על ידי יישומים מודרניים. מחיישנים רכב להשתלים רפואיים, היכולת להחדיר מבנים זעירים עדין בפולימר פולימר אמין עמיד, בעוד אתגרים כגון רִיק שליטה, הנדסת חוט, מתח מתמשך בחומרים, עיצוב, תהליכים ממשיכים את מה שיותר יעיל כדי להעביר את היצרנים החומריים שלהם, כמו גם את זה יהיה צורך יעיל יותר.