Глава 9. Монтаж высокочастотных микросистем

Наиболее страдают от попадания влаги микросистемы, имеющие в своем составе подвижные части.

Механические поломки: Изменение упругости влияет на резонансные и демпфирующие характеристики балки, что ведет к изменению рабочих характеристик датчика.

9.7. Тепловой режим

Для микросистем, помещенных в корпус, значительно усложняется расчет тепловых режимов и контроль температуры. Уменьшение размеров микроустройств затрудняет нахождение суммарного выделения тепла в окружающую среду, определяемого конфигурацией микросистемы (Lin, 2000, Nakayama, 2000). Распространение тепла в микросхемах и микросистемах осуществляется, в основном, за счет теплопередачи в тонких слоях. При уменьшении габаритов микроустройств в них не находится места для размещения вентиляторов и помп, вследствие чего все генерируемое тепло может выводится в окружающее пространство одним единственным способом - через корпус микросистемы. Поэтому для обеспечения приемлемых тепловых режимов работы микросистем необходимо так разрабатывать корпуса, чтобы выполнялись следующие два условия: во-первых, обеспечивался быстрый отвод тепла от источников тепла, во-вторых, рассеяние тепла через корпус бьшо максимальным.

9.8. Заключение

Существуют три уровня монтажа микросистем: 1 - уровень кристаллов, 2 - уровень устройств, 3 - уровень системы. Монтаж на уровне кристаллов включает в себя операции пассивации и изоляции тонких и хрупких устройств. Эти устройства необходимо разрезать и соединить при помощи проводов. Монтаж на уровне устройств заключается в подсоединении источников питания, сигнальных линий и разъемов. Системный уровень монтажа - интеграция микросистем со схемами формирования сигнала или специализированными ИС.

Большинство трудностей, с которыми приходится сталкиваться при разработке монтажа микросистем, связаны с недостатком информации, знаний и опыта на пересечениях таких областей, как электричество, механика, ВЧ техника, оптика, материаловедение, технология, программное обеспечение. Монтаж микросистем является той областью, где необходимо совмещать и практические, и

9.8. Заключение

научные знания во всех перечисленных сферах, где требуется обмен опытом и достижениями. В таблице 9.3 приведены проблемы, возникающие при монтаже микросистем, и способы их решения.

Необходимо провести унификацию методов монтажа микросистем. Кроме некоторых типов инерционных датчиков и датчиков давления, используемых в автомобильной промышленности, большинство микросистем разрабатывались по частным заказам. Из-за недостатка доступа ко многим данным в этих сферах до сих пор было невозможно стандартизировать методы разработки и монтажа микросистем. Однако в настоящее время уже накоплен определенный опыт в области проектирования микроустройств, и, объединив усилия промышленных предприятий, академических и исследовательских институтов, уже возможно разработать набор документов, унифицирующих процесс создания микросистем. Также необходимо построить математические модели механических ми-кроустройсв, основанные на базовых соотношениях для тонкопленочных материалов, полученных при помощи метода конечных элементов и других методов численного анализа.

Таблица 9.3. Операции при проведении монтажа, проблемы и способы их решения

Продолжение таб. 9.3.

Источник: Malshe et al, 2001

Литература

Blackwell, G.R. (Ed,), 2000, The Electronic Packaging Handbook, CRC Press, Boca Raton, FL.

Butler, J.T., Bright, V.M., Comtios, J.H., 1997, (.Advanced multichip module packaging of micro-electromechanical systems*, in Transducers 97, IEEE, Washington, DC: 261-264.

Butler, J.T., Bright, V.M., Chu, P.B., Saia, R.J., 1998, (.Adapting multichip module foundries for MEMS packaging*, in Proceedings of IEEE International Conference on Multichip Modules and High Density Packaging, IEEE, Washington,. DC: 106-111.

Butler, J.T., Bright, V.M., 2000, ..An embedded overlay concept for microsystems packaging*, IEEE Transactions on Advanced Packaging 23(4): 617-622.

Cheng, Y.T., Lin, L., Najafi, K., 2000, ..Locahzed silicon fusion and eutectic bonding for MEMS fabrication and packaging*, Journal of Microelectromechanieal Systems 9(1): 3-8.

Cheng, Y.-Y., Lin, L., Najafi, K., 2001, А hermetic glass-sihcon package formed using localized aluminum/silicon-glass bonding*, Journal of Microelectroinechanical Systems 10(3): 392-399.

Cohn, M.B., Bohringer, K.F., Noworolski, J.M., Singh, A., Keller, CO., Goldberg. K.Y., Howe, R.T., 1998, ((Microassembly technologies for MEMS*, Proceedings of SPIE Conference on Microfiuidic Devices and Systems 3515 (September): 2-16.

Coogan, S.A., 1990, (.System engineering: a summary of electronics packaging techniques available for present and future systems*, in Proceedings of Third Annual IEEE ASIC Seminar and Exhibit, IEEE, Washington, DC: P4-3.1-3.4.

Dryton, R.F., 1995, The Development and Characterization of Self-packages using Micromachining Techniques for High Frequency Circuit Applications. Ph.D. dissertation. University of Michigan, Ann Arbor, MI.

Elwenspoek, M., Wiegerink. R., 2001. Mechanical Microsensors, Springer, Berlin.

French, P.J., 1999, ..Integration of MEMS devices*, Proceedings of SPIE Device and Process Technologies for MEMS and Microelectronics; Queensland Australia, SPIE 3892: 39-48.

Gilleo, K., 2001a, (.Overview of new packages, materials and Processes*, IEEE International Symposium on Advanced Packaging Materials, IEEE. Washington, DC: 1-5.

Gilleo, K., 2001b, MEMS packaging issues and materials*, in Proceedings of IEEE International Symposium on Advanced Packaging: Process, Properties and Interfaces, IEEE, Washington, DC: 1-5.

Gotz, A., Garcia, I., Cane, C, Morrissey, A., Aldreman. J., 2001, (.Manufacturing and packaging of sensors for their integration in a vertical MCM microsystem for biomedical applications*. Journal of Microelectromechanieal Systems 10(4): 569-579.

Helsel, M.P., Berger, J.D., Wine, D.W., Osborn, T.D., 2001, Wafer scale packaging for a MEMS video scanner*, in Proceedings of SPIE Symposium on MEMS Design, Fabrication, Characterization and Packaging 4407: 214-220.

Hindreson, R.M., Herrick, K.J., WeUer, T.M., Robertson, S.V., Kihm, R.T., Katehi, L.P.B., 2000, Three-dimensional high frequency distribution network, part II: packaging and integration, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 48(10): 1643-1651.

Hsu, T.-R., 2000, (.Packaging design of microsystems and meso-scale devices*, IEEE Transactions on Advanced Packaging 23(4): 596-601.

Kim, S.J., Kwon, Y.S., Lee. H.Y., 2000, (.Silicon MEMS packages for coplanar MMICs*, in Proceedings of 2000 Asia-Pacific Microwave Conference, Australia, December 2000, IEEE, Washington, DC: 17-20.

Kusamitsu, H., Morishita, Y., Marushashi, K., Ito, M., Ohata, K., 1999, (.The flip-chip bump interconnection for millimeter wave GaAs MMIC*, IEEE Transactions on Electronics Packaging and Manufacturing 22(1): 23-28.

Laskey, J., 1986, (.Wafer bonding for silicon-on-insulator technologies*. Applied Physics Letters 48(l):78-80.

Li, г., Hao, Y., Zhang. D., Li. Т., Wu. G., 2002, Ап SOI-MEMS technology using substrate layer and bonded glass as wafer level package*. Sensors and Actuators A 96: 34-42.

Lin, L., 1993, Selective Encapsulations of MEMS: Micro Channels, Needles, Resonators and Electromechanical Filters, Ph.D. dissertation. University of California at Berkeley, Berkeley, С A.

Lin, L., 2000, (.MEMS post-packaging by localized heating and bonding*, IEEE Transactions on Advanced Packaging 23(4): 608-616.

Malshe, A.P., ONeal, C, Singh. S., Brown, W.D., 2001, ..Packaging and integration of MEMS and related microsystems for system-on-a-package (SOP)*, Proceedings of SPIE Symposium on Smart Structures and Devices 4235: 198-208.

Глава 9. Монтаж высокочастотных микросистем

Maluf, N., 2000, An Introduction to Micromechanical System Engineering, Artech House, Boston, MA.

Mirza, A.R., Ayon. A.A., 1998, <(SiUcon wafer bonding , Sensors December: 24-33.

Mirza. A.R., 2000, One micron precision wafer-level aligned bonding for interconnect, MEMS and packaging applications*, in Proceedings of IEEE 2000 Electronic Components and Technology Conference: 676-680.

Mirza, A.R., 2000, Wafer level packaging technology fori MEMS , in Proceedings of IEEE 2000 Inter Society Conference on Thermal Phenomena, IEEE. Washington, DC: 113-119.

Nakayama, W., 2000, Thermal issues in microsystems packaging*, IEEE Transactions on Advanced Packaging 23(4): 602-607.

0 Neal, C.B., Malshe, A.P., Singh. S.B., Brown. W.D., 1999, (.Challenges in packaging of MEMS*, IEEE International Symposium on Advanced Packaging Materials, IEEE, Washington, DC: 41-47.

Oppermann, H.H., Kallmayer, C, Klein, C, Aschenbrenner, R., Reichl, H., 2000, Ad-vanced flip chip technologies in RF, microwave and MEMS applications*. Proceedings of SPIE Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS 4019: 308-314.

Ramesham, R., Ghaffarian, R., 2000, ((Challenges in interconnection and packaging of microelec-tromechanical systems (MEMS)*, in Proceedings of 2000 Electronic components and Technology-Conference, IEEE, Washington, DC: 666-675.

Reichal, H., Grosser, V., 2001, ((Overview and development trends in the held of MEMS packaging*, in Proceedings of the 14th IEEE International Conference on MEMS, 2001. IEEE, Washington, DC: 1-5.

Sandborn, P., Swaminathan, R., Subramanian, G., 2000, Test and evaluation of chip-to-chip attachment of MEMS devices*, in Proceedings of IEEE 2000 Inter Society Conference on Thermal Phenomena, IEEE, Washington, DC: 133-140.

Shimbo, M., Furukawa, K., Fukuda, F., Tanzawa, K., 1986. ((Sihcon-to-silicon direct bonding method*. Journal of Applied Physics Letters 60: 2987-2989.

Shivkumar, В., Kim, C.J., 1997, Microrivets for MEMS packaging: concept, fabrication and strength testing*. Journal of Microelectromechanical Systems 6(3): 217-225.

Sparks, D.R., Chang, S.C., Eddy, D.S., 1998, ((Application of MEMS technology in automotive sensors and actuators*, in Proceedings of IEEE International Symposium on Micromechatronics and Human Science, IEEE, Washington, DC: 9-15.

Sparks, D.R., 2001, ((Packaging of microsystems for harsh environments*, IEEE Instrumentation and Measurement Magazine: 30-33.

Литература 523

Takahashi, K., Sangawa, U., Fujita, S., Goho, K., Urabe, Т., Ogura. H., Yabuki. H., 2000, ((Packaging using MEMS technologies and planar components*, in Proceedings of 2000 Asia Pacific-Microwave Conference, Australia, December 2000, IEEE, Washington, DC: 904-907.

Takahashi, K., Sangawa, U., Fujita, S., Matsuo, M., Urabe. Т., Ogura, H., Yabuki. H., 2001. ((Packaging using Microelectromechanical technologies and planar components*, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 49(11): 2099-

. 2104.