Требования к созданию микроэлектромеханических систем

Специализированные требования к корпусам МЭМС. Состав упаковок (корпусов) изделий в микроэлектронике в основном представляет собой набор конструктивов разного уровня сложности. Это одно устройство или более, которые должны быть смонтированы в модуле; межсоединения устройств друг с другом и с упаковкой, называемые соединениями первого уровня; окружающая или составная структура для обеспечения механической поддержки и защиты от воздействий окружающей среды; межсоединения модулей второго уровня в модули более высоких уровней^[1]. Сформированные соединения и структура устройств МЭМС, широко используемых в изделиях МСТ и других ТС, должны обеспечивать геометрическое и пространственное преобразования от уровня элементов кристалла к уровню монтажных узлов системы. Корпус должен механически разъединять две системы — внутрикорпусную и внешнюю, чтобы предотвратить структурные и другие повреждения.

Изготовление МЭМС ввиду все возрастающей сложности подобных изделий и выполнения ими ответственных функций должно обеспечивать необходимый уровень защиты, определяемый для конкретного устройства техническим заданием (ТЗ) на его разработку и областью применения.

Модуль (корпус, упаковка) в целом должен отвечать требованию легкости в обращении, сборке и монтаже на плату, удовлетворять требованиям стандартизации, быть тестопригодным, иметь надежный теплоотвод, достаточно широкие функциональные возможности и минимальные затраты на изготовление. На рис. 5.9 показан фрагмент сложного устройства — микрогироскопа, применяемого в навигационных системах летательных аппаратов.

Рис. 5.9. Фрагмент модуля микрогироскопа МЭМС.

Дополнительные требования к монтажу модулей МЭМС. Необходимость адаптации миниатюрных корпусов к устройствам МЭМС вызывается необходимостью обеспечения некоторых дополнительных требований к этим защитным модулям. Обычные трехмерные структуры и подвижные элементы многих устройств МЭМС требуют для своего размещения модулей с полостями, чтобы обеспечить свободное место над активной поверхностью устройств (рис. 5.10). Устройство МЭМС также может нуждаться в термоизоляции внутри корпуса и в применении таких процессов его сборки и монтажа, которые минимизируют механические напряжения в устройстве. Внутренняя часть полости должна быть свободной от загрязнений. Полость может быть откачанной, внутри нее могут находиться атмосферно-контролирующис агенты (газопоглотитель, цеолит и др.). Может требоваться неэлектронный доступ к устройству, например через магистраль из оптического стекловолокна или даже через оптическое окно (для микрозеркала). Ряд устройств МЭМС требуют контролируемого или выборочного доступа газов, жидкостей, биологических элементов и других материалов.

Присутствие трехмерной механической структуры на поверхности пластины чувствительного к внешним воздействиям элемента, которая может двигаться, добавляет конструкции хрупкости. Подвижные детали устройств МЭМС могут при своем функционировании создавать контакты и склеиваться. Обеспечение надежности устройств МЭМС осложнено корпусом. Надежность может зависеть от его дизайна, материалов, обработки, давления и состава остаточной атмосферы внутри герметизированной полости. Затраты на сборку и монтаж МЭМС становятся критической проблемой для многих областей применения в связи с ростом производственных мощностей и все большим распространением МЭМС.

Рис. 5.10. Микроакселерометр (фото аналогового устройства МЭМС);

в центре чувствительный элемент, требующий для функционирования свободного пространства над своей поверхностью Полностью герметичный модуль с внутренней полостью для ответственных применений электронных устройств в основном выполняется металлическим или керамическим, что соответствует жестким предъявляемым требованиям, у него высокая стоимость. В потребительских областях применения требуется поиск новых, недорогих решений по вопросам создания корпусированных МЭМС, новых стратегий их сборки, монтажа и герметизации.

• [1] Тимошенков С. Я., Бойко А. Н., Заводяп А. В. Технологии вакуумной герметизацииМЭМС; Бойко А. Н. и др. Исследование и разработка технологии герметизации микроэлектромеханических устройств.