Placa cerâmica

em aluminaem nitreto de silíciode nitreto de alumínio

Ao contrário dos dispositivos de função única fabricados com técnicas de fabrico tradicionais, os sistemas micro electromecânicos (MEMS) são um sistema de dispositivos electromecânicos controláveis de dimensão micro que integra estruturas micro-mecânicas, sensores, actuadores e componentes electrónicos. Este tipo de produto apresenta numerosas vantagens, incluindo dimensões reduzidas, peso leve, baixo custo, baixo consumo de energia, elevada fiabilidade, capacidade de produção em massa, fácil integração e implementação inteligente. Isto significa também que o encapsulamento não só tem de proteger os componentes microelectrónicos internos de impurezas externas, como também proporciona um ambiente físico estável e controlável para a estrutura interna. Os diferentes tipos de produtos MEMS têm todos os seus próprios processos de fabrico e formas de embalagem específicas. Os invólucros cerâmicos, devido à sua excelente estanquidade ao ar, excelentes propriedades termo-mecânicas, isolamento e estabilidade térmica, oferecem geralmente um melhor desempenho global na proteção da fiabilidade a longo prazo, em comparação com os invólucros de metal ou plástico. Materiais de embalagem de cerâmica comumente usados e característicasÓxido de alumínio (Al₂O₃): Baixo custo, excelentes propriedades de isolamento, comumente usado em substratos de sensores e invólucros de embalagens. Este é o material de embalagem de cerâmica mais amplamente utilizado e tecnologicamente maduro. As suas vantagens residem no seu excelente desempenho global e no custo de fabrico relativamente baixo. A sua elevada resistividade (até 10¹⁴ Ω-cm) e a sua elevada rigidez dieléctrica garantem também excelentes propriedades de isolamento elétrico. No entanto, sua condutividade térmica é relativamente menor do que a do nitreto de alumínio e não é adequada para cenários com densidade de potência extremamente alta.Nitreto de alumínio (AlN): Alta condutividade térmica, adequada para embalagens de dissipação de calor de dispositivos MEMS de alta potência. A sua condutividade térmica pode atingir 170-200 W/m-K, o que é várias vezes superior à da alumina. Entretanto, o seu coeficiente de expansão térmica é muito próximo do das pastilhas de silício. Isto pode reduzir significativamente o stress térmico gerado pelo pacote no chip quando a temperatura muda, aumentando assim o tempo de vida e a estabilidade do dispositivo em ambientes de temperatura severa. Portanto, é comumente encontrado na embalagem de LEDs de alta potência, sistemas lidar, chips de computação de alto desempenho e sensores MEMS de nível tático.Nitreto de silício (Si₃N₄): Alta resistência e resistência química, adequado para MEMS em ambientes agressivos. A vantagem reside nas suas excelentes propriedades mecânicas abrangentes, especialmente a sua resistência à fratura e resistência à flexão extremamente elevadas, que podem proporcionar uma proteção contra choques e vibrações sem paralelo para estruturas MEMS sensíveis. No entanto, o seu custo de fabrico é mais elevado do que o da alumina. É normalmente aplicado em cenários com requisitos extremamente elevados de fiabilidade e resistência mecânica, e não em produtos electrónicos de consumo sensíveis ao custo. Formas e processos de embalagem cerâmicaCerâmica cozida (LTCC/HTCC): Adequada para produção em massa e capaz de integrar cablagem. Este processo combina várias camadas de porcelana em bruto com circuitos metálicos e efectua uma operação de co-cozedura a alta temperatura de uma só vez, resultando num conjunto hermético que contém estruturas de interligação tridimensionais complexas. Não só facilita a produção em massa para reduzir os custos, como também permite a cablagem de alta densidade e a incorporação de componentes passivos (resistências, condensadores, indutores), aumentando assim o nível de integração e miniaturização dos dispositivos MEMS: Baseado num substrato cerâmico, alcança estabilidade a longo prazo através de metalização e brasagem de vidro/soldadura a laser. Esta estrutura é a chave para garantir a fiabilidade a longo prazo dos dispositivos MEMS (tais como giroscópios, ressonadores). É submetida a um tratamento de metalização num substrato cerâmico para formar um anel de vedação, que é depois fundido com a placa de cobertura através de brasagem de vidro ou soldadura a laser, criando um ambiente interno inerte ou de vácuo que pode isolar a humidade e os contaminantes, assegurando o desempenho estável de microestruturas sensíveis durante uma utilização a longo prazo: Conceção integrada de canais para MEMS de fluidos e sensores de gás. Utilizando técnicas de processamento de precisão, como a ablação a laser e o empilhamento de revestimento de soluções, os canais microfluídicos são fabricados diretamente no substrato cerâmico. Este processo de encapsulamento é essencial para a realização de dispositivos MEMS funcionais, tais como controladores microfluídicos, biochips e sensores de gás, uma vez que permite uma interação controlada entre o fluido de trabalho e o chip de deteção. Exemplos de aplicaçõesMEMS Giroscópio e Acelerómetro: Utilizados na indústria aeroespacial e na condução autónoma. O sensor de inércia requer que o bloco interno de micro-massa se mova num ambiente de vácuo para evitar a influência do amortecimento do ar na sensibilidade do sinal, alcançando assim uma precisão de deteção extremamente elevada. O vedante de gás cerâmico assegura a estabilidade a longo prazo do ambiente de vácuo interno e é a linha de vida que garante a sua elevada precisão e fiabilidade.Sensor de pressão MEMS: Utilizado em compartimentos de motores de automóveis e na monitorização de poços de petróleo. Em ambientes extremos, como alta temperatura, alta pressão e meios corrosivos, a embalagem de cerâmica pode servir como uma camada de isolamento mecânico, evitando que o stress externo actue diretamente sobre os sensíveis chips de silício. Ao mesmo tempo, a sua propriedade de resistência à corrosão permite-lhe entrar em contacto direto com meios agressivos, o que garante a precisão da saída do sinal.Interruptores e filtros RF MEMS: Para comunicações 5G/6G e sistemas de radar. Estes dispositivos são extremamente sensíveis a sinais de alta frequência e requerem um ambiente de trabalho estável. O acondicionamento incorreto pode degradar seriamente o valor Q e a perda de inserção dos dispositivos. O acondicionamento em cerâmica (como o LTCC) oferece trajectórias de transmissão de baixa perda, excelentes capacidades de gestão térmica e permite a incorporação de múltiplos componentes passivos (como indutores e condensadores) no substrato, facilitando a miniaturização do acondicionamento ao nível do sistema. O empacotamento cerâmico em sistemas MEMS está longe de ser apenas um simples invólucro protetor. Desempenha um papel crucial na garantia da estabilidade e fiabilidade a longo prazo dos dispositivos em ambientes agressivos e pode criar um ambiente interno de alta qualidade para que os dispositivos MEMS sobrevivam e funcionem.Caraterísticas principais / Especificações técnicas:Excelente estanquidade ao ar e propriedades termo-mecânicasAlto isolamento e estabilidade térmicaMateriais: Óxido de alumínio (Al₂O₃), nitreto de alumínio (AlN), nitreto de silício (Si₃N₄)Cerâmica co-queimada (LTCC/HTCC) para produção em massa e integraçãoEmbalagem hermética com metalização e brasagem de vidro/soldagem a laserEmbalagem cerâmica microcanal para MEMS de fluido e sensores de gásAplicações: Aeroespacial, automóvel, monitorização de poços de petróleo, comunicações 5G/6G, sistemas de radar