Технология PCB - технология и упаковка MOES для проектирования PCB

Введение

Этот микрооптоэлектронный механический комплекс (MOEMS) - новая техника, которая стала одной из самых популярных технологий в мире. МОМС - это микроэлектромеханическая система (МЭМС), использующая фотонную систему, которая содержит микромеханический оптический модулятор, микромеханический оптический выключатель, ИС и другие компоненты, и Использовать миниатюризацию,разнообразие, и микроэлектроника MEMS технологии для достижения бесшовной интеграции оптических устройств и электрических устройств. Короче говоря,МОМС - это дальнейшая интеграция чипов системного уровня. По сравнению с крупными фотоаппаратами, печатная плата проектирует MOEMS меньше оборудования, легче,быстрее (с более высокой резонансной частотой), и может производиться партиями. Сравнение с волноводом в свободном пространстве имеет такие преимущества, как меньшие потери связи и меньшие перекрестные помехи. Изменения в области фотологии и информационных технологий непосредственно способствовали развитию МАМС.На рисунке 1 показана взаимосвязь между микроэлектроникой, микроскопической механикой, оптоэлектроникой, оптическим волокном, МЭМС и МОЭМС.Теперь информационные технологии развиваются стремительно и постоянно обновляются, до 2010 года скорость открытия света может достигать Тб/с. Увеличение скорости передачи данных и требования к более высокопроизводительному оборудованию нового поколения обусловили спрос на МОМСоптическое взаимодействие, и применение печатной платы дизайн МОЭМС устройств в области оптоэлектроники продолжает расти.

Конструкция печатной платыМОМСустройства и технология Конструкция печатной платыМОМСустройства по физическим принципам работы делятся на интерференционные, дифракционные, передающие и отражающие (см. табл. 1), и в большинстве из них используются отражатели.За последние несколько лет МОМС достигла значительного развития. В последние годы, в связи с ростом спроса на высокоскоростную связь и передачу данных, исследования и разработки технологии MOMS и ее оборудования были сильно стимулированы. Необходимые низкие потери, низкая чувствительность EMV, и низкие перекрестные помехи высокой скорости передачи данных отраженного света печатной платы для проектирования MOMS оборудования уже были разработаны.

Теперь, помимо простых устройств, таких как переменные оптические аттенюаторы (VOa), МОМС-технология может быть использована для создания перестраиваемых лазеров с вертикальным резонатором (VCSEL), оптические модуляторы, настраиваемые волновые селективные фотодетекторы и другие оптические приборы. Активные компоненты и фильтры, оптический переключатель, оптические мультиплексоры с программируемой длиной волны (OADM) и другие оптические пассивные компоненты, а также крупномасштабные оптические кросс-коннекторы (OXC).

в области информационной технологии одним из ключевых элементов применения оптики является коммерциализация источников света.Помимо монолитных источников света (таких, как тепловое излучение,LED,LDS и VCSEL),особое внимание следует уделять фотоисточникам MOES с активными приборами. например,в настраиваемом VCSEL можно добиться высокой производительности технологии WDM,изменив длину резонатора с помощью микромеханизмов. В настоящее время разработан метод настройки на консольные плечи и мобильные структуры с подкосами.

Кроме того,были разработаны светопереключатели MOES с мобильными зеркалами и зеркальными решетками для сборки решетки OXC, параллельного соединения и переключателей.На рисунке 2 показан переключатель волоконно оптических переключателей MOES в свободном пространстве, который имеет пару u - образных консольных приводов,используемых для горизонтального перемещения волоконно оптических волокон.по сравнению с традиционными волноводными переключателями он обладает такими преимуществами, как низкая потеря связи, малый последовательный шум.

в сети переменного DWDM очень важным инструментом является оптический фильтр с широкой и непрерывной регулировкой, который был разработан с использованием различных информационных системМОМСFDEU P.Благодаря механической гибкости настраиваемых диафрагм и длине активных резонаторов света диапазон волн этих устройств может быть настроен только на 70 нм. японская компания OpNext разработала фильтрМОМСF Malu P, ширина которого может быть скорректирована, чтобы создать исторический рекорд.Этот фильтр основан на нескольких технологиях MOES / Inp / Gas. вертикальная структура состоит из шестислойной навесной мембраны InP. пленка представляет собой круглую структуру, поддерживаемую тремя или четырьмя подвесными рамами. соединение с прямоугольной стойкой. его непрерывно можно настраивать на F u P фильтр с широкой полосой сопротивлений, покрывающей второе и третье окна оптической связи (1250 ~ 1800nm), шириной волны более 112nm, приводное напряжение ниже 5V.

Проектирование и производство МОЭМС Технология производства МОЭМС напрямую зависит от индустрии ИС и ее производственных стандартов. Поэтому в МОЭМС используются технологии микрообработки корпусов и поверхностей и высокопроизводительной микрообработки (HARM). Однако существуют и другие проблемы, такие как размер пресс-формы, однородность материала, трехмерная техника, топография поверхности и окончательная обработка, неоднородность и чувствительность к температуре.

Как правило, технология фотолитографии широко используется для создания структурных узоров. Например, она используется на поверхности светочувствительных материалов, таких как полимеры. для получения поверхности с низким коэффициентом преломления также может быть получен двумерный рисунок, который может заменить традиционную многослойную антибликовую краску и может быть использован для улучшения ее характеристик. используемые материалы и методы осаждения аналогичны стандартным технологиям ИС, термическому окислению кремния, LPCVD, PECVD, напылению, гальваническому покрытию и т. д., Также могут использоваться различные методы мокрого травления. Например, с помощью мокрого анизотропного травления могут быть точно изготовлены SiV-образные канавки, соответствующие и герметизирующие широко используемые волоконно-оптические устройства. Микрозеркала могут быть изготовлены с помощью мокрого реактивного ионного травления (DRIE) и микрообработки поверхности. Использование методов тонкого хонингования также позволяет получить более широкий продольный модуль непланарной структуры.

В настоящее время наиболее используемым методом является микромеханическая технология планарной кремниевой пластины с бампами для чипов, что позволяет использовать стандартные и недорогие методы сборки ИС. защищенный чип, поверхность чипа может быть запечатана гелевым покрытием, а метод утопленной пайки в поток (IRS) может быть использован как метод улучшения упаковки на уровне пластин. Некоторые из новейших ИС особенно чувствительны к температуре. ведущее оборудование обычно сваривается вручную, лазерная сварка с поверхностным монтажом.

Успешные технологии, такие как аналоговый контур обратной связи (FEA), MOES, используют оптимизацию процессов и вторичный дизайн. В дополнение к механизмам также были внедрены тепловое, электрическое моделирование, оптическое моделирование (BPM) и оценка производительности. Кроме того, в связи с высокими требованиями к оптическому выравниванию, для выполнения требований к упаковке и межсоединениям оптических устройств, в моделирование дизайна была введена технология упаковки. Схема модели проектирования 3MOMS и технологический процесс.

Технологии упаковки МОЭМС, помимо практических исследований и разработки дизайна печатных плат для МОЭМС-устройств, основной задачей на сегодняшний день является сборка и упаковка надежных устройств в специализированную упаковку. Несмотря на то, что было разработано множество устройств, на рынке представлено мало устройств, способных надежно работать. Одна из причин этого - сложность упаковки, сложность получения надежных и недорогих каналов связи. Особенно по мере того, как печатные платы попадают в область применения, основной проблемой становится оптическое наведение и герметизация. Кроме того, фактические потери печатных плат дизайнаMOMCdevices также зависят от технологии упаковки.

В отличие от стандартного метода упаковки,МОМСкомпоненты и упаковка являются специальными приложениями. Поскольку каждая печатная плата дизайнаМОМСустройства является нестандартной разработкой, а различные приложения имеют различные требования к упаковке, технология производстваМОМС является в основном технологией упаковки, а стоимость упаковки вМОМСИмеет наибольшую долю в системе, которая составляет 75%-95% от общей стоимости системы. Поэтому, говорят некоторые разработчики: Упаковка - это процесс, а не наука.

обычно сборка моемс состоит из трех уровней: уровня кристалла, уровня оборудования и системного уровня. в частности, герметизация уровня кристалла включает пассивирование, изоляцию и сварку кристаллов, обеспечение пути электропитания, преобразование сигналов и межсоединение проводов, а также пассивацию и изоляцию сенсорных элементов и Исполнительного аппарата; герметизация ступени прибора включает в себя измерение и преобразование сигнала, соединение проводов и сварных элементов; системы в упаковке включают упаковку, производство, сборку и испытание. используйте стекловолокно и шаровую линзу, чтобы закрыть свет. Такие светопереключатели MOES, имеющие высокую производительность, низкую производительность и массовое производство, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к приборам в рамках всей световой сети.

Требования к упаковке MOEMS

Требования к упаковке MOEMS: устойчивость к механическим и тепловым ударам, вибрации и химической стойкости, долголетие. Толщина сцепления, включая вафли и вафли, резка пластин, процесс закрепления чипов, тепловое управление, изоляция напряжений, герметическая упаковка, контроль и настройка.

Толщина адгезии микросхем и чипов:Толщина прилипания микросхемы обычно достаточно велика (более 1 мм),но в настоящее время на рынке стандартной упаковки ИС развивается многомерная упаковка,что создает серьезную проблему для технологии упаковки,поскольку некоторые традиционные сборочные устройства не могут быть использованы. Нет стандартных инструментов.

вафли:наибольшая проблема связана с процессом вафли.ручное управление с использованием вискозных лент,поток и вибрация разрушают микромеханические структуры поверхности.Кроме того, резка перед нанесением ущерба может привести к росту издержек. Поскольку упаковка уровня MOES не должна касаться окружающей среды, эта проблема может быть решена. термоконтроль:Поскольку тепловое колебание может привести к неустойчивости производительности,различные материалы CTE могут привести к отклонению луча от оси, поэтому необходимо осуществлять тепловое регулирование Чипа и упаковки. радиаторы (например, терморегуляторы) могут использоваться для охлаждения при постоянной температуре. чипы установлены из высокотемпературных серебряных материалов, заполняемых припоем или эпоксидной смолой.

Изоляция напряжений: механическое или тепловое напряжение в трубопроводе печатной платыМОМСдевайс связан с принципом его работы. Считается, что функциональные проблемы и стрессовые ситуации, вызванные потерей соответствия, могут снизить надежность и производительность и часто вызваны медленной усадкой клея или эпоксидной смолы, соединяющей кремниевый чип с корпусом.

Герметичная упаковка: Герметичная упаковка часто используется для повышения долговременной надежности устройства. Как правило, она откачивается или заполняется инертным газом для предотвращения попадания влаги, пара и загрязняющих веществ в окружающую среду. Металл, керамика, кремний или стекло миллиметровой толщины должны использоваться для изготовления герметичных оболочек трубок, а герметичные соединения должны быть обеспечены при электрических и оптических соединениях.

Проверка и регулировка: Из-за небольших отклонений в технологии изготовления, печатной плате конструкцииМОМСнеобходимо проверить оборудование, чтобы выполнить требования технических показателей.Один из них - использование лазерных подстроечных резисторов или методов лазерной абляции, а другой - использование методов электронной компенсации.

MOEMS упаковочная техника

Технологии упаковки МОЭМС можно разделить на основные аспекты: крепление матрицы, корпус, проводка и оптическое соединение. В МОЭМС коммерческие устройства требуют практичнойМОМСгибридная надежная и безопасная упаковка. Благодаря бесконтактной и неинтрузивной природе оптики, печатная плата для упаковки МОМС-устройств намного проще, чем для упаковки МЭМС-устройств, и можно использовать МЭМС-конструкцию, но при этом требуется превосходная и надежная оптическая юстировка.

Оптическое совмещение: для получения надежной и малозатратной системы.Юстировка оптических устройств является наиболее важной в МОЭМС. В настоящее время в МОМС существует два метода: пассивная юстировка и активная юстировка.Пассивная юстировка обычно выполняется один раз в процессе производства. Производственные ошибки или изменения температуры могут снизить точность выравнивания.Эти ошибки могут быть компенсированы за счет активной системы наведения. Активная юстировка сложнее, но она позволяет уменьшить допуски системы и добиться юстировки оптических устройств в реальном времени. Для оптической юстировки в многомодовых приложениях могут использоваться пассивные структуры направляемых волн, такие как Si V-образные канавки. Зрелый способ сборкиМОМСмодулей заключается в использовании пассивной юстировки фотоники в сборе на основе Si оптической ступеньки/ Si микромеханической технологии. Она также может быть использована для пассивного выравнивания одномодового волокна и гибридных интегрированных оптических или электрических компонентов, в основном зависит от точности канавок в. Эта технология упаковки была разработана для самовыравнивающихся Si подложек на уровне пластин. Для предотвращения перемещения оптического волокна используется волновод InP, который заменяет ручное управление оптическим волокном. Из-за недостаточной точности самой МОМС-технологии для большинства одномодовых устройств, таких как OXC, необходимо использовать активную юстировку.

в области оптического межсоединения и оптического запоминания в свободном пространстве были имитированы и стандартизированы интегральные микроскопические системы с особыми потребностями. для выполнения требований в отношении наведения необходимо свести к минимуму свободу позиционирования и разработать модули из сборных конструкций с устройствами для определения местоположения. для того чтобы свободно объединять различные стандартные компоненты, необходимо установить механические и оптические стандарты. типичные саморегулирующиеся фотопереключатели MOES сделали большой шаг вперед на пути к высокой интеграции.

случай: геометрический интерфейс оболочкиМОМС похожи на те, что используются при планарной интеграции. При планарной интеграции в свободном пространстве, поскольку свет распространяется в подложке под внеосевым углом, все оптические функции выполняются на поверхности подложки. Поэтому интерфейс также находится на поверхности подложки. Поэтому он не может быть упакован в традиционную упаковку ИС. Обычно микросхемы помещают в закрытую оболочку, чтобы предотвратить воздействие внешних лучей на чувствительное оптическое оборудование, но для этого в оболочке необходимо предусмотреть световодную крышку или окно. В настоящее время существует множество коммерческих технологий упаковки, широко используемые методы упаковки включают керамику, пластик и металлы трех распространенных типов. Поскольку керамика является безопасным, надежным, стабильным, сильным, без изгибов и деформаций, большинствоMOMCuses керамические оболочки полости. Керамическая оболочка обычно состоит из основания или трубчатого гнезда,соединенного с одной или несколькими матрицами с помощью клея или припоя, а крышка изготовлена из прозрачного стекла. Для обеспечения хорошей герметичности.Например,керамическая полостная оболочка LCC с защелкой, изготовленная по технологии защелкивания, меньше и дешевле, чем оболочка из свинцовых трубок, для электрических соединений применяется сварка линейным давлением и обратная сварка.

Проводка и электрическое соединение:Все комплекты МОМС должны обеспечивать оптическое и электрическое соединение. Сварная проволока - традиционная технология электрического соединения плесени и оболочки. Использование технологии flip chip (FC) позволяет расположить шарики припоя по всей площади чипа и обеспечить более высокую плотность I/О - соединения.Однако, поскольку процесс нагрева при расплавлении припоя может повредить микросхему и вызвать явление расхождения осей, она не может быть использована для оптико-механической сборки.Эффективное решение - определить канал электрического контакта с поверхностьюМОМС к внешней поверхности упаковки (включая проводимость через подложку), пробивание этих каналов с помощью технологии глубокой литографии, нанесение изоляционного слоя и проводящего слоя.

Кроме того, при производстве Si MOEMS существует несовместимость между традиционным процессом создания схемы и металлической проводки и процессом анизотропного глубокого травления. В процессе анизотропного глубокого травления Si микромеханической структуры готовая схема и металлическая проводка подвержены коррозии и повреждениям. Общими решениями являются: использование Au в качестве защитной пленки для схем и проводов; после плотного нанесения на отверстия выводов электродов, алюминий на напыленном стекле в качестве свинцовой сварной точки, потом прижмите их... но эти два метода увеличивают сложность процесса и ограничивают интеграцию и миниатюризацию Si MOEMS. По этой причине был разработан метод использования SiO2/хром как защитная пленка. Процесс прост, стоимость низкая, а совместимость между процессами реализована. Оптическое соединение: Ключом к печатной плате проектирования оптического межсоединения сетиМОМСустройств является снижение потерь при выравнивании. Используйте очень стабильный клей для фиксации стекловолокна в точной V-образной канавке, и выравнивайте плесень по пассивной или активной настройке.

Помимо разработки и проектирования печатной платы МОЭМС-устройств, необходимо также уделять внимание технологии сборки МОЭМС на печатной плате. При оптическом соединении оптоэлектроники и МОЭМС все большее внимание уделяется объединительным платам и печатным платам (печатные платы). Но печатная плата не имеет правил, которым нужно следовать при сборке. Основной принцип - лечебное оборудование, упаковка, собрать в систему взаимодействия. Влияние МОМС на сборку печатной платы в настоящее время изучается, и необходимо разработать процессы и стандарты сборки печатной платы.

Хорошим решением является использование оптических схем на основе полимерных волноводов, объединяющих векторы печатной платы и оптическую структуру. для оптической связи следует выбрать дополнительный оптический слой с термовыпуклой волноводной структурой. дополнительный оптический слой состоит из нижнего слоя, слоистого слоя и верхнего упаковочного слоя, изготовленных по стандартной технологии нажимного слоя, используемой при производстве печатных плат, и в итоге превращается в электрооптическую схему (EOCB). На рисунке 5 показана сборка ЭОСБ, включая электрические/оптические носители, фотоэлектрическое оборудование и драйверы. Например, VCSEL и PIN фотоэлектрические элементы могут быть подключены непосредственно к волноводу. Оптическая оболочка размещается в середине плоской трубки для защиты оптической структуры во время сварки при высоких тепловых напряжениях. Затем EOCB изготавливается с помощью стандартного многослойного пресс-диска.

Благодаря прямому стыковочному соединению можно реализовать связь между оптоэлектронным устройством и волноводом. Это соединение также решает проблему точного согласования фотоэлектрических устройств с оптическими многомодовыми структурами в тонких слоях и минимизирует смещение оси между устройством и осью волновода. Кроме того, поскольку эффект уширения луча уменьшается, перекрытие между соседними каналами также ограничивается прямым соединением переходов. На ФИГ. 6 показан весь оптико-электронный прибор для стыкового соединения ЭОСБ. В настоящее время разработана система модулей EOCB с оптическим передатчиком, драйверами и подключаемыми модулями.

Кроме того, технология инкапсуляции HDI - MCM, применяемая в МЭМС, является очень перспективным подходом. Это также новое применение технологии МЭМС в фотоэлектрических многочиповых модулях (OE - MCM). Поскольку технология инкапсуляции HDI MCM может поддерживать различные типы чипов на общедоступных базах, она вполне подходит для монтажа мемов. HDIMCM обеспечивает гибкость интеграции и инкапсуляции мемов, поэтому нет необходимости менять мемы или электронные процессы. После завершения работ по монтажу кристаллов МЭМС в стандартном процессе HDI для соединения с кристаллами МЭМС может быть использована техника лазерной резки больших размеров, открывающая окно для физического доступа к чипу МЭМС. Однако одним из недостатков MCM или плоских пластин является то, что пассивные оптические структуры (такие как лучи или пакеты) не могут быть реализованы на волоконно-оптических волокнах и могут использоваться только в интерконнекте. Поэтому компания не может использовать стандартный SMD-процесс для сборки и вынуждена прибегать к другим методам, увеличивающим затраты.

Перспективы развитияМОМС - это развивающаяся технология. Она позволяет создавать легкие, миниатюрные и недорогие оптические устройства для телекоммуникаций и передачи данных, а также реализовать подвижную структуру с монолитной интеграцией микрооптических компонентов. Она стала электроникой XXI века и одной из представительных технологий в этой области.

MOEMS привлекает большое внимание исследовательских подразделений и промышленности. Национальная лаборатория Сандия, Университет Колорадо и другие научно - исследовательские институты разработали ценные материалы печатной платы для создания МОЭМС устройств,и вызвали всплеск развития МОМС-оптических переключателей и других оптоэлектронных устройств в мире.В настоящее время МОМС начали коммерциализировать. Например,коммерческая МОМС-оптическая система была использована в самых современных цифровых проекторах и начала опытную эксплуатацию в цифровых кинотеатрах.

Рынок МОМС является многообещающим. Говорят,что стоимость оптических коммутаторов, вышедших на рынок в 2003 году,составила от 440 миллионов до 10 миллиардов долларов США.В 2003 году доля рынка МОМС8% всего рынка мс.В таблице 2 представлены типы и доли рынка МОМС-приложений.

Как новое оборудование для упаковки,МОМСкомпоненты и пакеты с особыми приложениями, поэтому оно отличается от стандартных методов микроэлектроники. Наибольшая часть расходов на упаковку приходится на мойс.Упаковка МОМС должна не только обеспечить ожидаемые характеристики продукта, но и сделать работу устройства надежной и конкурентоспособной на рынке. Если МОМС хочет занять свое место в этой развивающейся технологической области, ей придется столкнуться с рядом проблем, таких как повторяемость производства продукции,стандартизация упаковки и технологического процесса,а также надежность и срок службы основных устройств. Это не только для развития техники,но и для развития технологии упаковки.Это хотяМОМС сложно,она развивается очень быстро,и существует множество коммерческих упаковочных технологий. Это значит,что нет недостатка в решениях,и как его применятьМОМСпроизводством.МОМСтехнология деталей открывает широкие перспективы в области будущей информационной технологии и фотоэлектроники.