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一文解析MEMS和傳感器封裝的挑戰

電子設計 ? 2021-04-29 17:33 ? 次閱讀

MEMS和傳感器設備推動了物聯網(IoT)在電子技術的眾多應用中部署數十億個傳感器,這將改善我們周圍的世界并改善人類狀況。實際上,當今的MEMS和傳感器具有令人難以置信的功能,并通過更多的集成不斷增強。它們的物理尺寸在縮小,為它們供電所需的能量不斷降低。

智能模塊和SiP集成將允許在IoT中大規模部署連接設備。為此,價值鏈中的不同解決方案提供商將需要共同努力。需要出現簡化的供應鏈,系統集成商需要開發設計套件之類的東西,以供行業設計工程師在設計特定模塊或SiP之前評估不同的系統配置。ASE Group有一個設計工具包(DK),可幫助設計人員縮短產品上市時間。

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圖片由ASE提供

設計人員可以使用這樣的開發套件在四個月內從原型制作到生產。

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圖片由ASE提供

MEMS和傳感器經常被遺忘的組件是物理封裝,可以機械地保護MEMS /傳感器和電氣互連,并提供熱管理。ASE高級應用工程經理Christophe Zinck說,針對不同解決方案的這些類型的封裝中有很多定制化功能,特別是在MEMS中,正在出現新的工藝開發??缙脚_標準化是不可能的。他的公司將對包裝設計進行深入的仿真,然后在實際制造包裝之前將其提供給客戶以進行評估。在設計的一開始就需要考慮該封裝。

應力優化是MEMS /傳感器設計的封裝設計的關鍵方面。仿真將演示包裝上的最大應力,查看翹曲并查看包裝由不同類型的材料組成時的性能(圖1)。

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圖1LGA與WLP封裝的翹曲比較(圖片由ASE提供)

消費產品和智能手機等應用程序有時會將傳感器連接到玻璃上。在這里,強大的建模以及有時可能會利用現有平臺的設計交互建模都是必須的。Zinck說,光學制造設計(DFM)將有未來的應用,例如隨著手的運動來改變射頻。圖2給出了針對特定MEMS器件(例如慣性測量單元(IMU))的最佳封裝選擇的一個很好的例子。

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圖2封裝的最大應力和整個溫度的翹曲是成功獲得IMU解決方案的關鍵因素。(圖片由ASE提供)

不同的包裝技術和物料清單(BOM)選擇標準將確定客戶所需的性能水平(圖3)。

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圖3慣性和環境傳感器有不同的需求??蛻艨梢栽诎b解決方案中根據自己的需求選擇最佳參數。一個包不僅僅是保護。(圖片由ASE提供)

汽車是電子行業一個快速增長的市場。與大多數行業相比,該行業對其MEMS封裝要求的需求和需求有很大不同。自動駕駛汽車的趨勢正在發展,在此智能手機和短信世界中,諸如攝像頭,激光雷達和雷達等傳感器將使道路和駕駛更加安全,事故更少。自動駕駛汽車將需要大量的冗余,高集成度的包裝以及更多,但是更小的包裝將會出現。

ASE的Zinck認為:“該市場具有近乎軍事般的韌性,而無需遵守MIL規范?!痹谄嚋y試中將ppm設為零可能是不可能的,但這是一種心態。SiP封裝在此領域因模塊化和更小的占位空間而受到青睞。舊版軟件包在這里以及AEC-Q100級別中都很重要(圖4)。

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圖4汽車遺留封裝解決方案包括SOP,Unibody,DIP,芯片組,Open Cavity SOIC和LGA。傳統汽車封裝的關鍵技術包括應力隔離,軟芯片連接(DA),軟DA上的引線鍵合(WB)和凝膠涂層/填充(在汽車等惡劣環境中需要)等。(圖片由ASE提供)

汽車中的MEMS的需求必須在封裝方面不斷發展,以增強這些獨特器件的集成度,尺寸和性能(圖5)。

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圖5汽車中的MEMS封裝趨勢允許更好地集成管芯,低封裝應力,EMI屏蔽,更小的電路板占位空間等等。(圖片由ASE提供)

SiP封裝在汽車領域具有自己的功能和需求。屏蔽,散熱增強,堆疊式芯片和天線集成只是ASE在這個關鍵市場領域為客戶所做的工作(圖6)。

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圖6SiP解決方案在汽車市場上比比皆是,可實現屏蔽,堆疊芯片,裸芯片解決方案,集成無源組件,散熱增強等功能。(圖片由ASE提供)

Zinck提到在200oC這樣的汽車環境中,霉菌會釋放出硫并侵蝕金屬絲。在此溫度下會出現新的故障模式,但在165oC以下會消失。

在智能傳感器系統中應用的一個很好的例子可以是具有光,接近和方向感測的小型手持式設備,或者是身體運動傳感器陣列,甚至是生理信號監測和報告設備。設計工程師尋求增強的軟件,更好的連接性和復雜的硬件(圖7)。

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圖7智能傳感器系統(包含傳感器的SiP)在包裝方面有非常特殊的需求。(圖片由ASE提供)

當今市場上有如此眾多的光學傳感器設計,其中一個特別增長的領域是可穿戴設備領域。針對可穿戴應用的占位面積和設備高度,出現了越來越多的困難規格。對更多具有硅通孔(TSV)的3D晶圓級封裝(3D WLP)的需求將使MEMS和傳感器進一步實現智能集成。3D WLP也正在成為可穿戴和醫療應用中的一項關鍵技術(圖8)。

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圖8光學傳感器在包裝上有其自身的特殊需求,尤其是在不斷發展的可穿戴設備領域。該傳感器需要與無源器件,電源管理和其他微控制器管芯等集成在一起。ASE提供光信號分析,固件共鑒定,系統級測試以及唯一適合的SiP封裝設計。(圖片由ASE提供)

實際上,這里的關鍵挑戰并不涉及MEMS和傳感器本身的封裝。相反,主要挑戰將是外包組裝和測試(OSAT)社區如何有效交付最合適的體系結構,以滿足客戶模塊和/或SiP集成需求。

ASE的團隊協作使其成為強大的合作伙伴,其功能包括ASE組裝和測試;ASE材料組;USI供應鏈管理,系統設計能力,系統級別測試等;和ISE Labs,用于開發測試程序,測試接口硬件和工程測試服務,資格和可靠性測試以及故障分析功能。涵蓋工程設計到大批量生產的全套交鑰匙服務。

編輯:hfy

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看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承探頭 元件材料? 鉑, 銅, 鎳 引線導線種類? PTFE 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼探針,銅質尖端 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0007...
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CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承嵌入式探頭 元件材料? 鉑, 鎳 引線導線種類? PTFE, 護套電纜 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼, 鍍錫 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0008...
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CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

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CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

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CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0018 帶壓縮配件的平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0018 帶壓縮配件的平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0019 雙螺紋平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0019 雙螺紋平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0020 12 MNPT 平均化 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0020 12 MNPT 平均化 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0021 帶導管盒的平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0021 帶導管盒的平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

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CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

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CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器
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