멤스 패키징에 리드 레이저 유도 심층 에칭 기술 적용
멤스 기술의 지속적인 혁신으로 멤스 소자는 가전제품, 의료기기, 항공우주 분야에 널리 사용되고 있으며, 소형, 고속, 신뢰성, 그리고 저렴한 가격으로 높은 가치를 제공합니다. 멤스 패키징은 멤스 소자 개발에 있어 중요한 단계입니다. 멤스(마이크로-일렉트로-기계적인 시스템) 패키징은 멤스 소자를 밀봉하고 보호하며, 전기적 연결을 제공하는 동시에 외부 환경의 영향으로부터 소자를 보호하는 공정을 포함합니다. 패키징 공정은 제품 제조 비용의 20%에서 95%까지 차지할 수 있습니다.
01 멤스 제조에 적합한 소재로서의 유리
유리 웨이퍼 가공 기술의 혁신은 멤스 기술의 발전을 이끌고 있습니다. 유리 웨이퍼는 멤스 웨이퍼 레벨 패키징(WLP)에 사용되며, 특정 전자 제품에서 실리콘 웨이퍼의 대체 기판으로 사용됩니다. 멤스 센서는 혹독한 환경에서도 높은 신뢰성과 장기적인 성능을 보여줍니다. 유리 소재는 멤스 패키징 기술에서 기판 캐리어로 널리 사용되므로, 유리 웨이퍼는 다양한 산업 및 응용 분야에 이상적인 선택입니다.
02 멤스 제조 및 패키징에서 유리의 장점
유리는 높은 기밀성, 열 안정성, 광학적 특성, 내화학성, 높은 절연성, 그리고 가공성으로 인해 멤스 패키징에 선호되는 소재입니다. 유리의 내구성은 멤스 소자의 장기적인 보호를 보장합니다.
광학적 특성
유리는 투명하여 광학 감지 또는 구동이 필요한 멤스 장치에 이상적입니다. 금속이나 산화물과 같은 다양한 박막 재료로 코팅하여 광학적 특성을 변경할 수 있습니다. 또한, 매우 매끄러운 표면은 광학 반사에 매우 적합합니다.
캡슐화 및 패키징
높은 기밀성: 유리는 뛰어난 밀폐성을 제공하여 습기 및 기타 오염 물질이 멤스 장치로 유입되는 것을 방지하여 신뢰성과 수명을 향상시킵니다.
뛰어난 내화학성: 유리는 화학적 부식에 대한 저항성이 매우 강하기 때문에 혹독한 화학 환경에서 멤스 장치를 보호하는 데 적합한 재료입니다.
기계적 강도: 유리는 비교적 견고하고 내구성이 뛰어나 멤스 장치를 기계적 응력으로부터 보호합니다. 금속이나 다른 재료와 달리 유리는 피로 현상이 발생하지 않아 장기간 고신뢰성 응용 분야에 적합합니다.
실리콘과 달리 유리는 절연성이 매우 뛰어나며 열팽창 계수(CTE)와 기계적 강도를 일정 범위 내에서 조절할 수 있습니다.
떼제베(을 통해-유리 비아스)를 통한 상호 연결
고밀도 상호 연결: TGV는 고밀도 상호연결을 가능하게 하여 더욱 복잡한 멤스 소자와 더 작은 폼팩터를 구현할 수 있습니다. 이는 떼제베 비아의 높은 종횡비 덕분에 유리 기판을 통한 수직 상호연결이 용이해지기 때문입니다.
향상된 신뢰성: TGV는 와이어 본딩이나 플립칩 본딩보다 더욱 안정적인 상호 연결을 제공합니다. TGV의 짧은 경로 길이는 신호 지연과 전자파 간섭(전자파)을 줄여줍니다.
열 안정성: TGV는 멤스 소자의 열을 유리 기판을 통해 패키지 외부로 전달하여 효율적으로 방출합니다. 이를 통해 멤스 소자의 열 관리가 크게 향상되고 수명이 연장됩니다.
패키징의 유연성: TGV는 다양한 상호 연결 방식과 호환되어 멤스 패키징 설계에 더욱 큰 유연성을 제공합니다. 이를 통해 더 많은 센서, 액추에이터 및 기타 부품을 단일 패키지에 통합할 수 있습니다.
향상된 광학 성능: TGV는 작은 직경으로 대량 생산이 가능하여 광섬유 또는 기타 광학 부품과의 통합이 가능합니다. 이를 통해 멤스 소자와 광학 센싱 또는 구동 기능을 결합하는 것이 용이해집니다.
03 독일 엘피케이에프 리드 공정, 박형 유리 가공 효율 대폭 향상
50μm에서 1,000μm에 이르는 얇은 유리판은 다양한 산업 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 기존의 기계적 절단 및 드릴링 공정은 유리 기판에 미세 균열과 잔류 내부 응력을 남기는 경우가 많아 미세 크기에서 얇은 유리를 가공하는 데 어려움을 겪습니다. 최신 리드(원자 램프-유도된 깊은 에칭) 기술을 활용하는 엘피케이에프 비트리온 레이저 시스템은 전례 없는 효율과 품질로 유리 소재의 비접촉 정밀 레이저 가공을 가능하게 합니다. 리드 공정은 마이크로시스템의 새로운 설계 가능성을 열어주며, 산업 전체에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다.
리드 기술은 이러한 과제를 해결하는 데 두 단계만 필요합니다.
선택적 레이저 수정: 설계 패턴을 기반으로, 특별히 개발된 레이저 광원을 사용하여 유리를 선택적으로 개질합니다. 레이저는 유리 부품 내부에 집중되어 전체 두께 개질을 달성합니다.
화학 에칭: 레이저는 재료의 광화학적 특성을 변화시켜 후속 공정에서 선택적 화학적 에칭을 가능하게 합니다. 변형된 영역의 에칭 속도는 변형되지 않은 재료의 에칭 속도보다 훨씬 높습니다. 유리가 에칭조에 머무르는 시간은 원하는 구조적 치수를 얻기 위해 정밀하게 제어됩니다.
04 MEMS에서의 엘피케이에프 LIDE의 응용
리드 공정은 원래 재료의 높은 파괴 강도를 유지하면서도 높은 탄성률과 뛰어난 반복성을 보이는 결함 없는 유리 기반 마이크로시스템을 제작할 수 있도록 합니다. 이러한 기능을 통해 스프링, 수직 또는 수평 멤브레인, 구동 또는 감지 부품과 같은 구조물의 통합이 가능합니다.
힘-변위 감지 측정:
리드 가공 유리 스프링 시스템.
단면적이 30μm × 260μm이고 XY 플랫폼 크기가 5mm × 7mm인 마이크로 스프링 구조입니다.
XY 시스템의 Z축 변위 범위는 최대 4.3mm입니다.
높은 반복성과 약 1 GPa의 파괴 강도를 가지고 있습니다.
방사형 빗살 구동 광학 반사 측정:
미세구조와 스퍼터링된 금속 필름을 갖춘 두 개의 유리 웨이퍼가 서로 쌓여 있습니다.
5μm 간격의 빗살 구조.
압전 방식으로 구동되는 광 반사 시스템은 220Hz에서 ±3.1°의 평면 외 각도 편향을 달성합니다.
7mm × 7mm의 광학 반사 영역.
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