SCHOTT solutions n° 1/2010 > Encapsulado Electrónico

Las obleas HermeS™ están disponibles en diámetros de 4” (100 mm) y 6” (150 mm). SCHOTT tiene previsto también ofrecer todavía este año obleas de 8”. Foto : SCHOTT/B. Lammel

Encapsulado perfecto


NEC SCHOTT Components Corporation ha desarrollado substratos de vidrio con pasantes sellados herméticamente para MEMS.


Bernd Müller

Muchas tecnologías modernas serían impensables sin los sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS). Se utilizan como sensores de aceleración, presión y giro en automóviles, para encender luces en redes de telecomunicaciones con ayuda de espejos minúsculos y para proyectar la tinta en los cabezales de impresión. Muchas otras aplicaciones podrían beneficiarse de MEMS; sin embargo, las dificultades inherentes al encapsulado han impedido su aplicación en mercados de masas. Por una parte los sensibles componentes electrónicos y mecánicos deben ser sellados herméticamente y protegidos contra los agentes medioambientales, pero por otra debe facilitarse la entrada y salida de las señales y de los terminales eléctricos en los mismos. Un nuevo concepto de encapsulado, denominado ”HermeS™ ” (acrónimo de ”Hermetic Substrate”) satisface ambas exigencias. Fue desarrollado por NEC SCHOTT Components Corporation (NSC), una ‘Joint venture’ de la BU Encapsulado Electrónico de SCHOTT AG y el consorcio electrónico japonés NEC.

En los encapsulados convencionales se utilizan unos capuchones metálicos y, ocasionalmente, varias capas sellantes, atravesadas por los terminales eléctricos que salen de los MEMS. Sin embargo, esto presenta el riesgo de fugas y puede acortar su vida útil. En HermeS™, los pasantes para los terminales son fundidos sobre una oblea de vidrio y unidos con los contactos del MEMS mediante soldadura o ‘bonding’ sobre la oblea de silicio. Esto permite producir en un paso de proceso miles de pasantes de vidrio-metal, que en un segundo paso se pueden conectar a cientos de MEMS. Los pasantes de HermeS™ se funden directamente sobre el vidrio y no atraviesan capas sellantes. En consecuencia, con HermeS™ los MEMS quedan encapsulados mucho más herméticamente que con cualquier otra técnica. Lo demuestra la experiencia que SCHOTT viene acumulando desde 1941 con otros pasantes de vidrio-metal, empleados p.ej. en encapsulados para optoelectrónica y detonadores de airbag. Los tests con helio han arrojado que la tasa de fugas de HermeS™ es inferior a 10-9 mbar · m3/sec. HermeS™ alcanza también los mejores valores de aislamiento eléctrico y de constante dieléctrica baja.
Los sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS) necesitan ser protegidos de los agentes medioambientales y aun así ser capaces de intercambiar señales eléctricas – unas exigencias que HermeS™ satisface. Se trata de unas obleas de vidrio con pasantes integrados para terminales, fabricadas utilizando procesos simples y conectadas a miles de MEMS, que sellan herméticamente durante décadas. HermeS™ ha sido desarrollado por NEC SCHOTT Components Corporation. Fotos : SCHOTT/schleicherDESIGN
El tipo de vidrio utilizado como substrato es Borofloat® 33, un material que desde la temperatura ambiente hasta por encima de los 300 °C presenta el mismo coeficiente de dilatación que el silicio. Incluso cuando es sometido a temperaturas muy elevadas, p.ej. en la soldadura por refusión, no se forman grietas entre el substrato de vidrio y el MEMS. El material elegido como metal para los pasantes es el tungsteno, porque es muy rígido y se puede elaborar a las dimensiones exactas y a un espesor extraordinariamente reducido. Además, se adapta perfectamente a la dilatación de Borofloat® 33 y su comportamiento durante el proceso de fusión es neutro.

El criterio de calidad más importante aplicado a las obleas de vidrio es la precisión con la que se pueden posicionar los pasantes. En el caso de HermeS™ son ± 20 micrometros, que se determinan ópticamente. Esto permite realizar substratos con varias decenas de miles de pasantes metálicos.

Las obleas HermeS™ están disponibles en tamaños de 4” (100 mm) y 6" (150 mm) de diámetro. SCHOTT tiene también previsto ofrecer todavía este año obleas de 8". Con estos diámetros y distancias entre contactos tan reducidos, estas obleas resultan idóneas para grandes volúmenes de producción, especialmente en el campo de los sensores y los componentes ópticos. De esta forma, los clientes pueden aunar un alto grado de integración y miniaturización del componente MEMS con unas propiedades eléctricas y una hermeticidad superiores.

Otra ventaja del vidrio es que, a diferencia del metal, es transparente y se pueden realizar exámenes visuales del MEMS, así como ajustes con luz láser, incluso después de haberlo encapsulado. <|
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