Формирование электрических выводов и соединений при матричном корпусировании (капсулировании) с использованием технологий нанесения тонких слоев

На рис. 16 показаны три схемы создания корпуса (защитной оболочки) МЭМС по технологии нанесения тонких слоев с формированием выводов сверху, снизу и сбоку.

(а) (б)

(в)

Рис. 16. Схемы корпусирования МЭМС по технологии нанесения тонких слоев с формированием выводов и cоединений сверху (а), снизу (б) и сбоку (в).

Присоединение выводов к кристаллу методами:

1. Термокомпрессионной сварки.

2. Ультразвуковой сварки.

3. Сварки импульсным нагревом.

4. Сварки сдвоенным электродом.

5. Лазерная точечной сварки.

6. Электронно-лучевой сварки

Методы обеспечения и сохранения вакуума в рабочих полостях МЭМС структур.

Основным условием обеспечения вакуума в рабочей полости МЭМС структур является их вакуумирование при герметизации (в процессе вакуум плотного соединения пластин). В последнее время предложен способ создания очень тонких полостей со сверх высоким вакуумом (Deep Vacuum Gap, DVG) в МЭМС устройствах с помощью слоев оксидов металлов, в частности CuO, контактирующих со слоями чистых металлов и заметно изменяющих свой объем и, соответственно, толщину слоя при высокотемпературной термической обработке (Рис. 17). При использовании сочетания CuO+Cu толщина слоев уменьшается на 46%, CuO+Si - на 24% и CuO+Al на 19%.

Рис. 17. Схема формирования тонкой полости со сверхвысоким вакуумом с помощью слоев оксидов металлов, изменяющих свой объем при высокотемпературной термической обработке (DVG Material – слой оксида металла; Metal – слой чистого металла; Silicom Substrate – кремниевая подложка; DVG Activation - термообработка; Deep Vacuum Gap - высоковакуумная полость).

Однако при любых способах вакуумного корпусирования давление в герметичной вакуумной полости может возрастать в результате газовыделения основных или соединительных (герметизирующих) материалов. Для поддержания высокого вакуума в таких системах наиболее эффективным является использование газопоглотителей в виде тонкого слоя, фольги или порошка сплавов циркония, ванадия, титана и железа. После активирования термообработкой при температуре порядка 400^ОС эти сплавы способны к активной хемосорбции газов и паров, включая водяной пар, молекулярный кислород, водород, угарный и углекислый газы.

Рис. 18. Cхемы вакуумного корпусирования МЭМС структур с использованием пленок газопоглотителя (Lid - крышка; Getter - газопоглотитель; Die attach - крепление МЭМС структуры к корпусу; Aluminium Pads – алюминиевые контактные площадки; AuSi Bondline – линия соединения из силицида золота; Getter film – пленка газопоглотителя; Cap - крышка; MEMS Active Layer МЭМС ЧЭ; Sacrificial Layer – жертвенный слой; Protection Layer – защитный слой; Buried Interconnection Layer – скрытый соединительный слой; Isolation Layer – изолирующий слой; Dimples - выступы; Counter Electrode – противоположный электрод; Sensor – основание датчика).

Методы контроля вакуума в рабочих полостях МЭМС структур:

Использование вакуумных датчиков (сенсоров) Пирани.

Принцип работы этих датчиков основан на изменении общего сопротивления тонковолокнистого или тонкослойного (балочного) нагревательного элемента, обусловленного изменением его теплообмена с окружающей средой и, соответственно, температуры, при изменении давления газа в окружающей среде (Рис.19).

Рис.19. Принцип работы датчика Пирани.

Использование вакуумных датчиков (сенсоров) в виде балочных резонаторов.

Принцип работы этих датчиков основан на изменении собственной (резонансной) частоты и добротности (Q-фактора) упругого (балочного) элемента вследствие изменения взаимодействия молекул газа с балочным элементов и их адсорбции на поверхности при изменении давления газа (Рис. 20).

Рис. 20. Схема взаимодействия молекул газа (зарязнений) с микробалочным мостиковым элементом.

Дата добавления: 2014-12-24