Thành Phần Cảm Biến

Chia sẻ: nhungmuadauyeu123

Xu hướng phát triển trong đóng gói Chip Trong số trước các bạn đã thảo luận một số kỹ thuật cụ thể ứng dụng trong bao gói kín chip điện tử. Đó là công nghệ đóng gói cảm biến được thiết lập với tỷ lệ dò thấp và tối giảm độ ẩm theo tiêu chuẩn MIL STD 883, Method 1014, ứng dụng cho cả kim loại và gốm

Bạn đang xem 7 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Thành Phần Cảm Biến

Thành Phần Cảm Biến
Xu hướng phát triển trong đóng gói Chip Trong số trước các bạn đã thảo luận một

số kỹ thuật cụ thể ứng dụng trong bao gói kín chip điện tử. Đó là công nghệ đóng

gói cảm biến được thiết lập với tỷ lệ dò thấp và tối giảm độ ẩm theo tiêu chuẩn

MIL STD 883, Method 1014, ứng dụng cho cả kim loại và gốm. Dựa trên tính phổ

biến của các bước công nghệ chính, có thể hy vọng rằng kỹ thuật trong đóng gói

dựa trên khuôn đổ trước và công nghệ MIDs sẽ hội tụ, tạo ra sự đột phá.


Và một trong những khả năng mới trong sản xuất trực tiếp linh kiện ba chiều, đa

chức năng là việc sử dụng khắc lập thể. Chất dẻo được polymer hóa nhờ chiếu tia

laze từng phần trên đế. Tia laze tạo ra những cấu trúc một cách trực tiếp, hoặc song

song thông qua việc chiếu sáng qua mặt nạ, để tạo ra bề mặt có cấu trúc độc lập,

các khoang trống, hoặc các mối nối polymer-kim loại. Chúng tôi xin tiếp tục bàn

bạc các vấn đề có liên quan trong số này.
1. Mối nối liên linh kiện và đế


Với các đế để gắn linh kiện, PCB vẫn giữ vị trí quán

quân. Lý do chủ yếu là độ sẵn sàng cao, giá thành thấp,

gia công nhanh gọn, và trong vài năm gần đây là tính

ổn định cao ngay cả trong các môi trường khắc nghiệt

hoặc nhiệt độ cao. Sự phát triển liên tục và tính chuyên

môn hóa cao cho phép các mạch in hiện nay tạo hình

với mật độ mạch cao, phù hợp cho các thiết kế chip lật

(flip-chip) hoặc chip và dây, chịu nhiệt cao, tích hợp cả những linh kiện thụ động.


Những xu hướng khác trong việc tạo mối nối giữa các linh kiện bao gồm việc sử

dụng các bo mạch dẻo. Đặc biệt cho cảm biến, hệ thống với đế ổn định dùng

polyimit hoặc bây giờ là polyme tinh thể lỏng (Liquid Crystal Polymer) đang rất

phù hợp. Với những ứng dụng có chi phí thấp, bao gồm các loại thẻ thông minh,

nhãn thông minh, đế dùng polyester đang được sử dụng nhiều hơn. Tuy vậy, việc

tích hợp cảm biến trên đó cũng mới chỉ bắt đầu. Các loại đế dẻo thường có độ bền

cao, kích thước nhỏ và khả năng tích hợp cao trong những cấu trúc phức tạp nhờ

vào khả năng cuộn tròn, trải dài linh hoạt.


Nói chung, có một xu hướng rõ nét trong việc tích hợp, bổ sung các chức năng và

cấu trúc lên mọi loại đế dành cho cảm biến. Một công nghệ đang được nghiên cứu
và vẫn đang còn trong giai đoạn phôi thai cho các ứng dụng trong công nghiệp đó

là các công nghệ chip nhúng, chip trong polyme. Các loại ICs mỏng được làm

phẳng và tạo tiếp xúc trực tiếp trên PCB. Ưu điểm của công nghệ này là giảm được

kích thước của linh kiện (kể cả chiều dày).


Các ứng dụng đầu tiên của cảm biến xúc giác đang được triển khai cùng các thành

phần quang học trên đế hoặc mạch chủ động trong công nghệ TFT, trên các mạch

dẻo. Các ống dẫn sóng tích hợp được chế tạo trên đế sử dụng cho việc truyền dẫn

dữ liệu cũng như để đo tín hiệu quang với khả năng ứng dụng rất rộng rãi. Nhờ

những cải tiến đặc biệt khi gắn các phần tử quang, những ứng dụng mới ngày càng

được mở rộng và khai thác. Song song với sự phát triển này, việc tạo ra kênh dẫn

chất lưu trong đế polyme đã được giới thiệu và trình diễn thành công.


Đế gốm hiện tại đang bị chi phối bởi 3 công nghệ: đế lai màng dày/màng mỏng

được xác định dùng cho những yêu cầu ngặt nghèo về điện, các ứng dụng ở miền

nhiệt độ cao, đòi hỏi độ tin cậy cao. Rất nhiều ứng dụng khác còn đang để ngỏ

trong công nghệ cảm biến. Trong những năm tới, chúng ta hoàn toàn có thể trông

chờ vào những tiến bộ trong công nghệ, đặc biệt là việc làm giảm kích thước. Với

các lớp màng dày, bề rộng của vật dẫn và khoảng cách giữa chúng khoảng 20 µm

là có thể đạt được.
Công nghệ gốm LTCC (đế gốm dùng để gắn

mọi linh kiện của IC, nhiệt độ thấp) đã được

phát triển từ công nghệ lai. Đế gốm đa lớp,

thiêu kết ở nhiệt độ thấp 850°C, tiếp tục có sự

phát triển đáng kể nhờ những đặc tính như mạch

đa lớp đơn giản, có khả năng tạo cấu trúc ba

chiều, khả năng sản xuất sạch, và khả năng chế tạo các thành phần vi lưu và điện

cực, chứa các đối tượng và dung dịch phân tích.


Vật liệu LTTC có khả năng chống ăn mòn và bền nhiệt. Ý tưởng mới cũng đã được

đề xuất nhằm tích hợp cảm biến áp suất với môi trường đó dựa trên LTCC trong

thành phần mạch điện. Tuy nhiên, do chi phí đầu vào cao đặc biệt cho giai đoạn

sản xuất thử, số ứng dụng còn hạn chế nên số nhà cung cấp sản phẩm này cũng còn

rất khiêm tốn. Như vậy, LTCC sẽ cho thấy lợi ích khi sản xuất hàng hoạt và trong

những ứng dụng cao cấp.


2. Kỹ thuật lắp ráp


Việc gắn cảm biến lên một bề mặt đòi hỏi sự ổn định về mặt cơ khí. Đồng thời,

thành phần đo lường và vỏ cảm biến phải độc lập nhau về mặt ứng suất. Trong

nhiều trường hợp, việc lắp ráp cần chính xác tới phần triệu mét. Ảnh hưởng của

ứng suất nhiệt đang trở nên có ý nghĩa quan trọng đối với nhà cung cấp nhằm giảm
tối đa các thành phần đo lường bất định. Lý do đằng sau chính là độ nhạy của mọi

cảm biến cơ khí đối với những ứng suất cơ (nhiễu). Trong số những những yếu tố

khác, ảnh hưởng thường tới từ độ áp điện trở, ảnh hưởng về cấu trúc hình học lên

điện trở, hoặc hiệu ứng Piezo-Hall. Nói chung, ứng suất cơ trong lắp ráp cảm biến

thường bị ảnh hưởng bởi nhiệt, do các thành phần cảm biến có độ giãn nở nhiệt

khác với vật liệu đế. Thêm vào đó, độ hấp phụ độ ẩm cũng ảnh hưởng khá lớn và

thường là khó xác định. Các nghiên cứu mới cũng hướng đến việc làm giảm ảnh

hưởng của gia tốc cao tới độ nhạy của cảm biến, ví dụ như trong công nghiệp hàng

không.


Các biện pháp giảm ảnh hưởng của ứng suất có thể được chia làm 3 nhóm:


* Kỹ thuật bao gói tương thích về cơ nhiệt


* Sử dụng vật liệu bao gói tối ưu hóa, dẻo


* Tăng độ chắc chắn của thành phần cảm biến


2.1. Kỹ thuật lắp ráp tương thích về cơ nhiệt


Biện pháp có ảnh hưởng nhất được sử dụng là làm giảm hệ số giãn nở nhiệt của đế,

vỏ và vật liệu phủ cảm biến. Cho tới nay, silicon vẫn là vật liệu chính chế tạo cảm

biến, vì thế cần phải bù hệ số giãn nở nhiệt khi dùng các vật liệu khác. Các xu

hướng, phát triển trên thực tế này, thường là sử dụng vật liệu cao cấp như LTCC
hoặc các loại gốm khác, cùng với các chất tạo khuôn bằng chất epoxy làm vật liệu

phủ cảm biến. Gần đây, các vật liệu có sẵn trên thị trường đã đạt được việc giảm

đáng kể hệ số giãn nở nhiệt (khoảng 8 ppm/K).


Thêm vào đó, người ta tăng cường sử dụng các phương pháp tạo hình tiên tiến. Do

việc thiết kế cảm biến dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) thường có sẵn

trong SMBs, các quy trình bao gói phức tạp đang dần được tối ưu hóa phần cơ khí

nhờ vào việc ứng dụng FEM. Như vậy, có thể tính toán một cách khá chính xác

ứng suất tác dụng lên cảm biến trong quá trình sản xuất cũng như ứng dụng của

chúng (nhỏ hơn 15%). Các ảnh hưởng của hiệu ứng Hall lên đặc tuyến của cảm

biến Hall và cảm biến áp suất cũng có thể tiên

đoán được.


2.2. Sử dụng vật liệu bao gói tối ưu hóa, dẻo


Quy trình bao gói cảm biến nhờ kỹ thuật hàn

đang được ứng dụng rộng rãi. Với công nghệ

cảm biến, các vật liệu có liên quan bao gồm

epoxy, silicon và polyimit. Bên cạnh độ bám

dính và điểm nối bền chặt, quá trình hàn cũng

cho phép tiếp xúc điện và thậm chí là tạo cặp nhiệt với phần tản nhiệt. Vì thế, vật

liệu thường được chức năng hóa cùng với chất đổ khuôn như Ag, Al2O3, SiN,
hoặc thậm chí là kim cương. Tùy thuộc vào từng ứng dụng, người ta có thể sử

dụng chất kết dính có nhiệt độ thủy tinh cao hay thấp. Xu hướng này vẫn đang tiếp

tục phát triển và sử dụng trong bao gói cảm biến.


2.3. Tăng độ chắc chắn của thành phần cảm biến


Biện pháp này áp dụng nhằm để làm giảm độ lan truyền của ứng suất cơ của cảm

biến xuống mức thấp nhất. Với cảm biến áp suất, có thể dùng phần thủy tinh để tạo

cách biệt với cấu trúc cảm biến trên đế. Bất chấp hiệu ứng có lợi này, các xu hướng

phát triển vẫn định hướng vào việc làm giảm chiều dày của phần thân thủy tinh và

dùng FEM để tối ưu hóa chúng. Một vài tiếp cận khác còn nhắm tới làm tách biệt

thành phần cảm biến với đế thông qua những cấu trúc phù hợp.


Với cảm biến áp suất trên cơ sở silicon hoặc trên đế silicon of silicon, xu hướng

này không được chấp nhận một cách rộng rãi. Trở ngại lớn, bên cạnh tính phức tạp

của các cơ cấu cơ khí, đó là sự suy hao đáng kể diện tích hoạt động trên bề mặt của

silicon trên đế. Điều này thường là không được phép trong chế tạo. Chỉ khi những

cấu trúc treo phù hợp có thể được tích hợp trong các bộ phận khác của cảm biến vi

cơ, khi đó mới được gọi là thành công.
Điều này áp dụng cho các cảm biến vận tốc góc, hoặc con quay vi cơ (gyroscopes),

theo đó các cấu trúc cân bằng động, đa trục và phức tạp mới trở thành vấn đề cấp

thiết.


2.4. Kỹ thuật hàn


Các kỹ thuật hàn chi phối quá trình đóng gói

cảm biến trong vài năm tới giờ cũng đã có sẵn

và được ứng dụng rộng rãi.


Hàn dây kiểu dẹt-tròn với dây vàng tinh khiết đã

có thể được thực hiện ở mức độ tiên tiến hơn với độ bền và độ tin cậy cao. Đối với

những mối hàn, tỉ lệ mối hàn lỗi cỡ vài ppm là có thể đạt được. Nhờ những thiết bị

kỹ thuật mới, xu hướng hiện nay đang theo hướng với kỹ thuật hàn dẹt - dẹt sử

dụng dây nhôm (AlSi) trong các ứng dụng không IC, và vẫn còn tiếp diễn trong

những năm tới. Ưu điểm dễ thấy trong kỹ thuật này đó là độ linh hoạt rất cao, dễ

dàng cho sản xuất thử nghiệm, và sẽ cho phép cả hai kỹ thuật hàn này chiếm vai

trò quan trọng trong thế giới cảm biến đặc biệt khi sản xuất với số lượng nhỏ.

Ngoài ra, dây hàn cần có độ dẻo dai, chịu bài mòn, bền nhiệt trong khoảng giao

động lớn tới 200oC hoặc thậm chí cao hơn, phù hợp với các ứng dụng trong luyện

kim.
Cả kỹ thuật hàn tròn và hàn dẹt hiện nay dùng được với dây hàn có đường kính cắt

ngang nhỏ hơn 20µm. Khi lựa chọn kỹ thuật cần để ý tới các thông số như kích

thước hình học, hợp kim hàn và tốc độ hàn. Với các hệ thống tích hợp cảm biến -

bộ chấp hành đòi hỏi nguồn cấp lên tới ampe, phép hàn dây sử dụng dây nhôm

đang trở nên được ưa chuộng. Đối với phép hàn dây nói chung, người ta đang

mong chờ các bước cải tiến chi tiết cho các sản phẩm cao cấp và vì vậy (nó) vẫn

giữ được vị trí quan trọng trong rất nhiều ứng dụng trong công nghệ cảm biến.


Kỹ thuật hàn lật dựa trên nguyên tắc sử dụng độ dính, và ép nhiệt lúc hàn. Hàn lật

được sử dụng trong cả SMD và các thiết bị hàn lật. Kỹ thuật này ngày càng phát

triển và ứng dụng nhiều trong các một số sản phẩm mà kỹ thuật hàn khác không

đáp ứng được, ví dụ như các ứng dụng cao tần. Nhờ có độ cảm ứng thấp so với hàn

dây, các mối tiếp xúc trong hàn lật cho phép truyền tải tín hiệu rất nhanh, và đây là

điều đáp ứng được các yêu cầu trong cao tần. Với những linh kiện quang, như chip

CCD, cơ chế tiếp xúc song song mật độ cao tạo ra một ưu điểm trong sản xuất,

kinh tế và làm giảm kích thước. Như vậy, sau cả chục năm với cảm biến hồng

ngoại dùng CCD đầu tiên ứng dụng công nghệ này với viên hàn nhỏ hơn 25µm và

số cổng vào ra lên tới hàng trăm được sản xuất hàng loạt, người ta trông chờ rằng

những đặc điểm này sẽ sẵn sàng trong những ứng dụng khác.
Về cơ bản, sự cải tiến liên tục được đặt ra cho cơ sở hạ tầng của các nhà cung cấp

công nghệ hàn lật và có thể dự đoán rằng công nghệ này vẫn tiếp tục được sử dụng

trong những năm tới. Trong bối cảnh đó, các nhà cung cấp viên thiếc dùng trong

hàn lật, các nhà cung cấp dịch vụ đưa viên thiếc lên đế, nhà chế tạo linh kiện và

nhà cung cấp vật liệu (chất keo dính) cần phải được đồng bộ thông tin. Và như vậy,

sẽ dễ dàng hơn cho các nhà phát triển hệ thống trong công nghệ cảm biến để hiện

thực hóa kỹ thuật hàn lật trong những dụng khác nhau.


Ở quy mô bao gói, các phép hàn không chì đang là tiêu chuẩn áp dụng trên hầu hết

các thiết bị điện tử hiện nay. Kết quả cho thấy độ già hóa trung bình tương đương

khi so sánh với kem hàn SnPb. Vật liệu hàn này (không chì) cho độ ổn nhiệt tốt

hơn 10 đến 20K so với hợp kim SnPb. Tuy nhiên, độ tin cậy cần được minh chứng

thông qua những ứng dụng khác nhau. Tóm lại, có thể mong đợi rằng phép hàn

không chì sẽ thay thế khá nhanh những công nghệ trước đây trong sản xuất cảm

biến.


3.Khái niệm tích hợp mới
3.1Cấu trúc cảm biến trong cấu trúc linh kiện và quần áo.


Một trong những yêu cầu của người dùng có thể làm ảnh hưởng tới xu hướng phát

triển đó là ứng dụng nhận dạng cao tần trong kho vận và trong cuộc sống hàng

ngày. Các tác vụ được thực thi trong những hệ thống này thường liên quan tới việc

gắn nhãn hoặc nhận dạng. Các cảm biến tích hợp trên một chip, ví dụ tích hợp cảm

biến nhiệt, độ ẩm trong RFIDs, thẻ thông minh, hoặc nhãn thông minh là khả thi và

đã được trình diễn thành công.


Tuy vậy, các yêu cầu kỹ thuật cho việc đóng vỏ không phải luôn được thỏa mãn.

Chỉ khi nào các yêu cầu đặc biệt được thỏa mãn, các bộ phận bằng silicon (
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản