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全玻璃UHF整体解决方案:新技术和新生产方式

发布于:2024-06-06 编辑:匿名 来源:网络

为了在物联网领域保持竞争力,中型企业和过程测量公司也需要越来越多地将传感器电路集成到ASIC(专用集成电路解决方案)中。

目前,半导体行业面临着开发周期成本低、订单量小的问题。

在芯片封装行业,大多数亚洲封装服务提供商通过大批量订单来降低成本。

然而,需要单独封装的ASIC由于订单量较小,会给封装服务商带来更大的风险。

LPKF等七家产学研机构组成的联盟提出了全玻璃超高频整体解决方案。

01-BMBF 赞助的 GlaRA 项目将雷达传感器的新封装技术用于企业和过程计量,例如 BMBF 德国联邦教育和研究部(德语:Bundesministerium)赞助的“高频应用雷达传感器的实现” für Bildung und Forschung)GlaRA 项目“用于实现高频应用高度紧凑电子系统的玻璃中介层技术”是满足上述需求的典型案例。

由于频率超过 GHz(远高于当前移动通信中使用的频率),当前标准封装产品无法工作,因此需要新的、更专业的封装技术。

新的封装技术需要适合这些专用ASIC,并能够在中等生产水平上保持价格竞争力。

02-基于玻璃的SIP技术助力超高频传感器。

为此,该联盟开发了一种使用高可靠性中介层的系统级封装(SiP)技术。

这种基于玻璃的毫米波模块可用于频率高于 GHz 的传感器和通信。

该技术平台实现了传感器封装技术的创新:与当前最先进的技术相比,它采用多波导概念、高密度微布线、气体隔离或真空密封来添加各种集成功能。

此外,由于高水平的加工精度和材料质量,使用频率增加到GHZ,这一切都是通过优异的波导特性、高精度微加工等在单一材料系统(玻璃)内实现的。

整个封装视图,显示 ASIC 和波导腔(基础面积 5.9 × 4.4 mm2) 03-Glass WLP 用于硅晶圆初始加工的标准系统 使用带有导电通孔的玻璃中介层提供密封封装,它可以将芯片和其他组件封装在两个玻璃中介层,采用晶圆级封装工艺WLP,并使用直径高达12英寸(mm)的玻璃晶圆来完成该工艺。

由于晶圆级封装具有多个器件同时加工的特点,因此控制了封装成本,并且将各种器件的对准精度控制在与射频技术一致的小误差范围内。

玻璃晶圆级封装WLP是适合硅晶圆初始加工的标准系统,大大加速了其商业化进程。

玻璃还可以以大面板的形式供应,批量生产大大简化。

04-项目完成 用于检测固体或液体水平的雷达装载物位传感器 结果表明,这个在BMBF(德国联邦教育和研究部)资助下开发的项目取得了巨大成功。

该联盟展示了一款极其紧凑的雷达前端,由 Endress+Hauser AG 开发出一种装载液位传感器,未来可使用雷达来检测固体或液体液位。

其工作频率为GHz。

该玻璃封装体积仅为 5.9 x 4.4 x 0.8mm3,包含采用硅锗技术制成的雷达 ASIC。

与外部电路的电气连接,表征测试结构,以及可用作使用透镜天线的集成主发射器的波导连接。

这种未来的负载水平传感器具有长距离分辨率、高测量精度和紧凑的光束焦点。

因此,智能过程测量系统日益小型化和模块化引起了人们的极大兴趣。

封装在玻璃中的雷达传感器和介质波导 05 - 一种新的生产方法 - 七个工业和研究机构共同加工玻璃中的微结构 以 LPKF Laser Electronics GmbH 革命性的 LIDE 激光诱导深蚀刻技术作为起始工艺,并避免损坏加工过程中的材料,这是可控密封玻璃包装的必要要求。

弗劳恩霍夫可靠性与微集成研究所开发并提供了一套用于高深宽比玻璃通孔工业应用的金属化工艺。

晶圆键合工艺用于密封封装并完成元件。

对于器件组装,将两个玻璃晶圆粘合在一起,每个晶圆上都有通孔和空腔。

全玻璃UHF整体解决方案:新技术和新生产方式

PacTech GmbH 承担了玻璃基板上导电结构的成型和金属化工作。

使用 PacTech 的 SB2 工艺(一种激光支持的连续焊球工艺),焊料沉积在不产生外部电路电流的接触表面上。

采用不同的合金,在不同的焊接温度下交错组装。

图为玻璃封装的侧视图,显示其三层结构、通孔和焊球。

MSG Lithoglas GmbH将LPKF-LIDE技术生产的转接板、玻璃腔体等粘合组装,固定ASIC,最终实现高频封装。

此外,还采用低温镀膜技术生产高精度玻璃垫片。

ULM 大学微波技术研究所开发了这种高频概念,雷达信号一旦高于 GHz,就可以通过透镜的主波束和低损耗的柔性介质波导。

定向到单独的天线。

不同的雷达信号封装和传输选项可以适用于不同的应用场景。

Sentronics Metrology GmbH 开发了一款具有亚纳米层分辨率的 3D 高速传感器,用于质量控制。

除其他用途外,经权威机构审核,该传感器可用于检测密封泄漏和检测玻璃真空密封。

行业合作伙伴对该技术未来的商业用途非常感兴趣,因为他们看到了许多其他应用领域的潜力,例如后5G时代的压力测量技术、液体分析、光子学、MEMS、医疗技术和通信技术。

“GlaRA”项目由德国联邦教育和研究部BMBF于2019年8月至3月赞助,参考编号:16ESK。

它也是TechSys会议(国际科学会议:工程、技术与系统)的选题。

全玻璃UHF整体解决方案:新技术和新生产方式

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