Placa de cerámica

de alúminade nitruro de silicionitruro de aluminio

A diferencia de los dispositivos de una sola función fabricados mediante técnicas de fabricación tradicionales, los sistemas microelectromecánicos (MEMS) son sistemas de dispositivos electromecánicos controlables de tamaño micro que integran estructuras micromecánicas, sensores, actuadores y componentes electrónicos. Este tipo de producto presenta numerosas ventajas, como su pequeño tamaño, peso ligero, bajo coste, bajo consumo de energía, alta fiabilidad, producibilidad en masa, fácil integración e implementación inteligente. Esto también significa que la encapsulación no sólo debe proteger los componentes microelectrónicos internos de las impurezas externas, sino también proporcionar un entorno físico estable y controlable para la estructura interna. Los distintos tipos de productos MEMS tienen sus propios procesos de fabricación y formas de encapsulado específicas. Los embalajes cerámicos, debido a su excelente hermeticidad, excelentes propiedades termomecánicas, aislamiento y estabilidad térmica, suelen ofrecer un mejor rendimiento global a la hora de proporcionar una protección de fiabilidad a largo plazo en comparación con los embalajes de metal o plástico. Materiales y características de los embalajes cerámicos más utilizadosÓxido de aluminio (Al₂O₃): Bajo coste, excelentes propiedades aislantes, comúnmente utilizado en sustratos de sensores y carcasas de envases. Es el material de envasado cerámico más utilizado y tecnológicamente más maduro. Sus ventajas radican en su excelente rendimiento integral y su coste de fabricación relativamente bajo. Su alta resistividad (hasta 10¹⁴ Ω-cm) y su elevada rigidez dieléctrica también garantizan unas excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Sin embargo, su conductividad térmica es relativamente inferior a la del nitruro de aluminio, y no es adecuado para escenarios con una densidad de potencia extremadamente alta.Nitruro de aluminio (AlN): Alta conductividad térmica, adecuado para el embalaje de disipación de calor de dispositivos MEMS de alta potencia. Su conductividad térmica puede alcanzar 170-200 W/m-K, varias veces superior a la de la alúmina. Además, su coeficiente de expansión térmica es muy similar al de los chips de silicio. Esto puede reducir significativamente el estrés térmico generado por el encapsulado en el chip cuando cambia la temperatura, aumentando así la vida útil y la estabilidad del dispositivo en entornos de temperaturas adversas. Por ello, es habitual encontrarlo en el encapsulado de LED de alta potencia, sistemas lidar, chips informáticos de alto rendimiento y sensores MEMS de nivel táctico.Nitruro de silicio (Si₃N₄): Alta resistencia y resistencia química, adecuado para MEMS en entornos difíciles. La ventaja reside en sus extraordinarias propiedades mecánicas integrales, especialmente su altísima tenacidad a la fractura y resistencia a la flexión, que pueden proporcionar una protección sin igual contra golpes y vibraciones a las sensibles estructuras MEMS. Sin embargo, su coste de fabricación es superior al de la alúmina. Suele aplicarse en escenarios con requisitos extremadamente altos de fiabilidad y resistencia mecánica, más que en electrónica de consumo sensible a los costes. Formas y procesos de envasado cerámico Cerámica cocida (LTCC/HTCC): Adecuada para la producción en serie y capaz de integrar el cableado. Este proceso combina múltiples capas de porcelana en bruto con circuitos metálicos y lleva a cabo una operación de cocción a alta temperatura de una sola vez, lo que da como resultado un conjunto hermético que contiene complejas estructuras de interconexión tridimensionales. No sólo facilita la producción en serie para reducir costes, sino que también permite el cableado de alta densidad y la incrustación de componentes pasivos (resistencias, condensadores, inductores), mejorando así el nivel de integración y miniaturización de los dispositivos MEMS.Embalaje hermético: Basado en un sustrato cerámico, consigue una estabilidad a largo plazo mediante metalización y soldadura de vidrio/soldadura láser. Esta estructura es la clave para garantizar la fiabilidad a largo plazo de los dispositivos MEMS (como giroscopios o resonadores). Se somete a un tratamiento de metalización sobre un sustrato cerámico para formar un anillo de sellado, que luego se fusiona con la placa de cubierta mediante soldadura fuerte de vidrio o soldadura láser, creando un entorno interno inerte o de vacío que puede aislar la humedad y los contaminantes, garantizando el rendimiento estable de microestructuras sensibles durante un uso a largo plazo.Embalaje cerámico de microcanales: Diseño integrado de canales para MEMS de fluidos y sensores de gas. Utilizando técnicas de procesamiento de precisión como la ablación por láser y el apilamiento de revestimientos en solución, los canales microfluídicos se fabrican directamente dentro del sustrato cerámico. Este proceso de encapsulación es esencial para realizar dispositivos MEMS funcionales como controladores microfluídicos, biochips y sensores de gas, ya que permite la interacción controlada entre el fluido de trabajo y el chip sensor. Ejemplos de aplicaciónGiroscopio y acelerómetro MEMS: Utilizados en la industria aeroespacial y la conducción autónoma. El sensor inercial requiere que el bloque interno de micromasa se mueva en un entorno de vacío para evitar la influencia de la amortiguación del aire en la sensibilidad de la señal, con lo que se consigue una precisión de detección extremadamente alta. El sello de gas cerámico asegura la estabilidad a largo plazo del entorno de vacío interno y es la línea de vida que garantiza su alta precisión y fiabilidad.Sensor de presión MEMS: Se utiliza en compartimentos de motores de automóviles y en la monitorización de pozos de petróleo. En entornos extremos como alta temperatura, alta presión y medios corrosivos, el envoltorio cerámico puede servir como capa de aislamiento mecánico, evitando que la tensión externa actúe directamente sobre los sensibles chips de silicio. Al mismo tiempo, su propiedad de resistencia a la corrosión le permite entrar en contacto directo con medios agresivos, lo que garantiza la precisión de la señal de salida.RF MEMS Switches and Filters: Para comunicaciones 5G/6G y sistemas de radar. Estos dispositivos son extremadamente sensibles a las señales de alta frecuencia y requieren un entorno de trabajo estable. Un embalaje inadecuado puede degradar gravemente el valor Q y la pérdida de inserción de los dispositivos. Los embalajes cerámicos (como los LTCC) ofrecen vías de transmisión de bajas pérdidas, una excelente capacidad de gestión térmica y permiten incrustar múltiples componentes pasivos (como inductores y condensadores) en el sustrato, lo que facilita la miniaturización de los embalajes a nivel de sistema. El embalaje cerámico de los sistemas MEMS dista mucho de ser una simple cubierta protectora. Desempeña un papel crucial a la hora de garantizar la estabilidad y fiabilidad a largo plazo de los dispositivos en entornos adversos, y puede crear un entorno interno de alta calidad para que los dispositivos MEMS sobrevivan y funcionen.Características principales / Especificaciones técnicas:Excelente hermeticidad y propiedades termomecánicasAlto aislamiento y estabilidad térmicaMateriales: Óxido de aluminio (Al₂O₃), nitruro de aluminio (AlN), nitruro de silicio (Si₃N₄)Cerámica cocida (LTCC/HTCC) para producción en masa e integraciónEnvasado hermético con metalización y soldadura fuerte de vidrio/soldadura láserEnvasado cerámico de microcanales para MEMS de fluidos y sensores de gasAplicaciones: Aeroespacial, automoción, monitorización de pozos petrolíferos, comunicaciones 5G/6G, sistemas de radar