布线和电互连:所有MOEMS封装必须提供光和电的互连。金属线焊接是电连接管芯和管壳的传统技术。采用倒装片(FC)技术可在整个芯片区布置焊料球,可提供较高密度的I/O连接。但由于熔化焊料的加热工艺可使芯片受到损伤并产生不同轴的现象,所以不能用于光机械组装。一个有效的解决方法是确定从MOEMS表面到管壳外表面的电接触通道(包括通过衬底的导电性),通过深RIE腐蚀技术制作这些通道的通孔,并涂覆隔离层和导电层。
此外,电路、金属布线常规工艺与Si MOEMS制作中的各向异性深腐蚀工艺之间有不相容性。在制作微机械结构的Si各向异性深腐蚀过程中,已制作完成的电路和金属布线易受到腐蚀而被损坏。一般解决方法有:用Au作电路和布线的保护膜;对电极引线孔进行浓扩散后,在玻璃盖上蒸发Al作为引线焊点,再将其压合到一起。但这两种方法都增大了工艺难度,并限制了Si MOEMS的集成化和微型化。为此又开发了采用SiO2/Cr作保护膜的方法,其工艺简单、成本低,并实现了工艺之间的兼容性。 光互连:MOEMS器件光互连的关键是减小对准损耗。在精确的V槽中用稳定性很好的粘接剂固定玻璃光纤,并需通过无源或有源调节来对准管芯。
除了进行MOEMS器件的开发设计外,还应重视MOEMS在PCB上的装配技术。在光电子学和MOEMS的光互连中,对背板和印制板(PCB)的关注正在增长。但PCB在装配方面还无章可循。基本原则是将器件、封装和装配作为一个相互影响相互作用的系统。目前正在研究MOEMS对PCB装配的影响,并需要开发PCB装配工艺及标准。
一个好的解决方法是采用聚合物波导电光电路板,即将PCB载体与光结构结合在一起。对于光链路,选择带有热凸台波导结构的一个附加光层。该附加光层包括下包层、芯层、上包层,并通过PCB制作工艺的标准压层技术制作成一个薄片,最终成为电光电路板(EOCB)。图5示出该EOCB的装配,它包括电/光载体、光电器件和驱动器。如VCSEL和PIN光电器件可直接与波导耦合。该光层放进平板管壳的中间,以便在焊接期间保护具有高热负载的光结构。然后通过标准压层制作EOCB。
通过直接对接耦合,可实现光电器件与波导之间的耦合。其连接过程也解决了薄层内光电器件与光多模结构的精确对准问题,并使器件与波导轴之间的轴偏移最小化。此外,由于减小了光束变宽的效应,通过直接对接耦合也限制了相邻信道之间的串话。在图6中示出了整个用于EOCB的对接耦合的光电器件装置。目前,已开发了具有光发射器、驱动器和插件的EOCB测试插件板系统。
4.3 具有发展前景的HDI MCM封装工艺
此外,适合于MEMS的HDI MCM封装工艺是一个很有希望的方法。这也是将MEMS技术引进光电一多芯片组件(OE-MCM)中的新应用。由于在公共衬底中HDI MCM封装工艺有支持多种类型管芯的能力,很适合用于MOEMS封装。HDIMCM为MOEMS的集成和封装提供了灵活性,所以无需改变MEMS或电子学制作工艺。在采用标准化HDI工艺完成封装MOEMS芯片所需的窗口之后,可采用大面积激光切开技术切开要接入MOEMS的芯片。打开可物理接入MEMS管芯所必须的窗口。但MCM或平板级的缺点之一是在光纤中不能实现
无源光结构(诸如分束器或合束器一类),只能采用拼接方式。因此,MOEMS不能用标准的SMD工艺组装,必须采用增加成本的其他方法。
5 发展前景
MOEMS是一种新兴技术,它为电信和数据通信应用提供了重量很轻、小型化和低成本的光器件,实现了具有微光元件单片集成的可移动结构,已成为21世纪电子领域的代表性技术之一。
MOEMS正受到研究单位和工业界的极大关注。美国Sandia国家实验室、科罗拉多大学及其他一些研究机构都相继开发出颇有价值的MOEMS器件,并在国际上掀起了开发MOEMS光开关等光电器件的热潮。目前MOEMS已开始商用化。例如商品化的MOEMS光学系统已用于最先进的数字投影仪,并开始在数字影院试运行。
MOEMS市场前景看好。据称在2003年进入市场的光开关价值达4.4~l0亿美元,在2003年,MOEMS的市场份额为MEMS总市场的8%。表2为MOEMS应用市场的类型和份额。
MOEMS作为一种新型封装器件,其组件和封装为特殊应用,所以与标准的微电子方法不同。在MOEMS中其封装成本所占比例最大。MOEMS封装不仅要确保产品的预期性能,而且要使器件性能可靠,并具有市场竞争力。MOEMS要在这一新兴技术领域占有一席之地,将面临产品制造的可重复性、封装和工艺流程的标准化、核心器件的可靠性和寿命等一系列课题。即不仅要开发器件技术,也要开发封装技术。虽然MOEMS的封装难度较大,但发展速度很快,如今已有许多商用化的封装技术。这意味着并不缺少解决办法,而缺少如何将它运用到MOEMS生产中,MOEMS及其器件技术在未来的信息技术和光电子学领域的前途一片光明
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