Введение в микроэлектромеханические системы MEMS

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) - это устройства с подвижными частями, состоящими из микроскопических компонентов. Их также называют микромехатроникой и микросистемами. На наноуровне они объединяются в наноэлектромеханические системы или нанотехнологии.
Нанотрубки являются основой технологического процесса изготовления микроэлектромеханических систем mems

Исследователи из Университета Иллинойса совершили крупный прорыв в области микроэлектромеханических систем, и это открытие имеет широкий спектр применения. Нанотрубки являются основополагающим элементом в производстве микроэлектромеханических систем, и их работа имеет значение для разработки многих новых видов микроэлектромеханических систем. Они продемонстрировали возможность нанесения рисунка на нанотрубки с помощью двух золотых электродов, а также возможность нанесения рисунка с помощью электронно-лучевой литографии и лифт-оффа.

Нанотрубки могут быть изготовлены различными методами, включая гальванопластику и нанообработку. Этот процесс также допускает широкий спектр применений - от одноразовых устройств для диагностики в точках оказания медицинской помощи до многоразовых устройств для анализа крови и подсчета количества клеток. Он также используется в устройствах для дублирования ДНК, таких как системы полимеразной цепной реакции (ПЦР), которые амплифицируют мизерную ДНК и производят ее точное дублирование. Другие области применения нанотрубок - оптические коммутационные сети и дисплеи высокой четкости.

Производство нанотрубок представляет собой сложный процесс, включающий сборку многочисленных функциональных материалов и функциональных групп. Этот процесс позволяет одновременно изготавливать большое количество наноустройств. Этот процесс очень сложен и трудоемок: в среднем на изготовление элемента размером пять нанометров уходит около шести месяцев.

Кремний - привлекательный материал для МЭМС-устройств

Кремний является весьма привлекательным материалом для МЭМС-устройств благодаря своим высоким механическим и электрическим свойствам. Кроме того, он совместим с большинством технологий серийных интегральных схем, что делает его идеальным материалом для многих типов миниатюрных систем. Однако кремний не лишен и недостатков.

Хотя SiC дороже кремния, он имеет ряд преимуществ. Его электрические и механические свойства могут быть адаптированы к требованиям МЭМС-устройств. Однако SiC пока еще мало доступен для разработчиков. Необходимы дальнейшие исследования для разработки наиболее эффективной технологии изготовления МЭМС-устройств на основе SiC.

Основными преимуществами SiC перед кремнием являются высокая теплопроводность, высокое поле разрушения и высокая скорость насыщения. Эти свойства делают его отличным материалом для электронных устройств, работающих в экстремальных условиях. Кроме того, он обладает высокой твердостью и износостойкостью. Последнее важно для датчиков, которые должны работать в жестких условиях.

Проблемы упаковки в МЭМС-устройствах

Вопросы упаковки имеют решающее значение для надежности и производительности МЭМС-устройств. Эти устройства имеют микронные размеры и могут быть подвержены царапинам, износу и смещению. Они также уязвимы к таким механизмам нарушения надежности, как механический удар, электростатический разряд и заедание. Кроме того, влажность, вибрация и механические детали могут повредить МЭМС. По этим причинам упаковка и технологический процесс изготовления этих устройств должны быть тщательно продуманы еще до начала проекта.

Учет влияния упаковки на ранних этапах проектирования является залогом успеха МЭМС-устройства. В противном случае разработчики рискуют получить дорогостоящие циклы проектирования и изготовления. Решение состоит в том, чтобы включить эти эффекты в компактную поведенческую модель, что сокращает время моделирования и позволяет проводить более сложное моделирование. Кроме того, это позволяет предотвратить дорогостоящие ошибки, связанные с некачественной упаковкой.

Проблемы с упаковкой также могут влиять на качество и выход МЭМС-устройств. В некоторых случаях устройства требуют специальной упаковки, способной защитить их от воздействия агрессивной окружающей среды. В результате разрабатываются технологии обработки и переработки таких устройств. Однако многие из этих процессов вредны для МЭМС-устройств и снижают их выход. Цель данной статьи - пролить свет на эти проблемы и предложить решения для их преодоления.

Области применения МЭМС-устройств

Микромеханические устройства (МЭМС) - это миниатюрные приборы, способные выполнять множество задач. Они могут воспринимать давление, определять движение и измерять силу. Они также могут использоваться для контроля и управления жидкостями. Эти устройства особенно полезны в медицине и получили название BioMEMS. Эти устройства могут выполнять различные задачи в организме, в том числе выступать в качестве химических анализаторов, микронасосов и компонентов слуховых аппаратов. В перспективе эти устройства могут даже стать постоянными обитателями человеческого тела.

Эти устройства состоят из компонентов размером от ста микрометров. Площадь поверхности цифрового микрозеркального устройства может превышать 1000 мм2. Как правило, они состоят из центрального блока, обрабатывающего данные, и нескольких компонентов, взаимодействующих с окружающей средой.

В настоящее время на рынке представлено несколько МЭМС-устройств, начиная от однофункциональных датчиков и заканчивая системами-на-кристалле. Последние сочетают в себе использование нескольких МЭМС-устройств с электроникой формирования сигнала и встроенными процессорами. В ряде отраслей промышленности МЭМС-технологии применяются для различных измерений.

Сравнение "слепых" и "заглубленных" виа при изготовлении печатных плат

Использование заглубленных межслойных отверстий по сравнению с глухими имеет ряд преимуществ при изготовлении печатных плат. Заглубленные межслойные перегородки могут быть выполнены с меньшей плотностью, не влияя на общий размер платы и количество слоев. Это выгодно для разработчиков, которым необходимо сэкономить место и при этом соблюсти жесткие допуски на конструкцию. Кроме того, заглубленные межслойные перегородки снижают риск возникновения пробоев.

Недостатки

Изготовление слепых сквозных отверстий включает в себя ряд процессов, которые начинаются с приклеивания пленки фоточувствительной смолы к сердечнику. Затем на пленку фоточувствительной смолы наносится рисунок. Этот рисунок подвергается облучению. Затем он затвердевает. Последующее травление создает отверстия в проводящем слое. Затем этот процесс повторяется для других слоев и поверхностных слоев. Этот процесс имеет фиксированную стоимость.

Слепые переходы дороже заглубленных, поскольку они должны прорезать несколько медных слоев. Кроме того, они должны быть заключены в клеммник, что значительно увеличивает их стоимость. Однако такой подход имеет много преимуществ, особенно при изготовлении печатной платы с компонентами высокой плотности. Он позволяет улучшить соотношение размеров и плотности монтажа, а также обеспечить высокую скорость передачи сигнала.

Наименее затратным из этих двух методов является метод "слепого" прохода с контролируемой глубиной. Этот метод обычно осуществляется с помощью лазера. Отверстия должны быть достаточно большими для механических сверл. Кроме того, они должны быть свободны от расположенных под ними микросхем.

Стоимость

Слепые и заглубленные межслойные переходы - это два различных типа переходов, используемых при изготовлении печатных плат. Они похожи тем, что оба соединяются с различными частями внутреннего слоя плат. Разница заключается в глубине отверстия. Глубокие отверстия меньше заглубленных, что позволяет уменьшить пространство между ними.

Слепые каналы экономят место и соответствуют высоким допускам на проектирование. Кроме того, они снижают вероятность пробоя. Однако они также увеличивают стоимость изготовления платы, поскольку требуют большего количества этапов и точных проверок. Заглубленные межслойные переходы более доступны по цене, чем глухие, однако важно правильно выбрать партнера по контрактному производству электроники для своего проекта.

Как глухие, так и заглубленные межслойные переходы являются важными компонентами многослойной печатной платы. Однако заглубленные переходы гораздо дешевле в производстве, чем глухие, поскольку они менее заметны. Несмотря на эти различия, глухие и заглубленные разводки схожи по занимаемой ими площади на печатной плате. В процессе производства оба типа требуют сверления сквозных отверстий, что может составлять от 30 до 40% от общей стоимости производства.

Конструкция печатной платы

Сквозные и глухие сквозные отверстия - это два разных типа электрических соединений. Первые используются для соединения внутреннего и внешнего слоев печатной платы, а вторые - для той же цели, но без соединения двух слоев. Для двухслойных плат чаще всего используются сквозные отверстия, а для плат с большим количеством слоев могут применяться глухие отверстия. Однако эти два типа соединений стоят дороже, поэтому при выборе одного типа важно учитывать стоимость.

К недостаткам глухих отверстий можно отнести то, что их сложнее сверлить после ламинирования, что может затруднить нанесение пластин на платы. Кроме того, контроль глубины глухих сквозных отверстий после ламинирования требует очень точной калибровки. Это ограничение означает, что глухие и заглубленные сквозные отверстия нецелесообразны для многих конфигураций плат, требующих трех и более циклов ламинирования.

Другим существенным недостатком глухих проходов является сложность их очистки. Поскольку это открытые полости, в них может попасть воздух и другие посторонние частицы. Поэтому во избежание проблем необходимо поддерживать контролируемую среду.

3 Материал основания для металлического сердечника печатной платы

Основная идея печатной платы с металлическим сердечником заключается в том, чтобы исключить сквозные отверстия с покрытием, которые могут вызвать короткое замыкание. Компоненты поверхностного монтажа, использующие ТГТ, также не допускаются на печатных платах этого типа. Вместо этого медные слои соединяются между собой с помощью глухих и заглубленных отверстий.

Многослойный блок MCPCB

Если вы разрабатываете продукт, который будет подвергаться сильному нагреву, то печатная плата с металлическим сердечником - отличный способ удержать этот нагрев. Однако этот тип печатных плат также требует тщательного терморегулирования. Чтобы изготовить печатную плату MCPCB, идеально подходящую для вашего приложения, вам нужно убедиться, что вы хорошо понимаете процесс проектирования и производства печатных плат. Эта статья поможет вам понять основы проектирования MCPCB и то, как изготовить идеальную многослойную печатную плату.

Первый этап производственного процесса включает в себя создание дизайна многослойной печатной платы и вывод его на печать в программе автоматизации проектирования электронных устройств. После создания дизайна можно переходить к следующему шагу - печати копии MCPCB. Убедитесь, что печатаете MCPCB на чистой поверхности. После того как вы напечатали плату, вы можете использовать химическое вещество для удаления излишков меди с поверхности. Убедитесь, что линия пробита с аккуратным совмещением.

Алюминиевый MCPCB

Алюминий MCPCB является популярным выбором материала для основания печатной платы. Этот материал обладает отличной теплопроводностью и превосходным теплоотводом. Кроме того, он относительно дешевле меди. Однако важно выбрать правильный материал для ваших нужд. Алюминиевые MCPCB можно найти в большинстве магазинов электроники.

Алюминий часто используется для производства плоских MCPCB. Этот материал также очень универсален и может использоваться для изготовления гнущихся MCPCB. Он также используется в самых разных областях, от автомобильной до аудиотехники. Кроме того, он обладает высокой теплопроводностью, что делает его отличным выбором для мощных приложений.

Еще одно преимущество алюминиевых MCPCB заключается в том, что они более устойчивы к высоким температурам. Этот материал может выдерживать нагрев до 140 градусов Цельсия. Этот материал может выдерживать температуру до 140°C, но при этом его размеры увеличатся примерно на 2,5-3%. Хотя MCPCB на основе меди стоят дороже, чем медные, они более надежны и долговечны. MCPCB на основе меди также обладают лучшей теплопроводностью среди всех базовых материалов MCPCB.

Медь MCPCB

Медная MCPCB - это электрическая печатная плата, состоящая из нескольких слоев меди. Она часто используется в высокотемпературных приложениях, где необходимо разделить теплопроводность и электричество. Этот тип плат также используется в автомобилях, аудиоаппаратуре и источниках питания. Медные MCPCB производятся с использованием технологии термоэлектрического разделения.

Металлический слой на MCPCB является теплопроводным, что требует сверления больших монтажных отверстий. Это помогает ускорить процесс производства. Однослойные MCPCB можно изготовить за более короткое время, чем двух- или трехслойные платы, поскольку не требуется электроосаждение меди. Однослойные MCPCB могут быть изготовлены с использованием того же процесса, что и печатные платы FR4. В отличие от них, двухслойные платы PTH с алюминием внутри требуют предварительного сверления и заполнения изоляционным материалом. Кроме того, требуется повторное сверление для формирования сквозных отверстий с покрытием.

Медные MCPCB обычно дороже, чем печатные платы на основе алюминия. Однако они имеют множество преимуществ перед платами на основе алюминия, включая улучшенную теплопроводность и долговечность.

MCPCB с алюминиевым диэлектриком

Алюминиевые печатные платы плоские и имеют тонкий слой проводящего диэлектрического материала между ними. Эти печатные платы, также известные как алюминиевые плакированные или алюминиевые базовые печатные платы, были разработаны в 1970-х годах и с тех пор широко используются в электронных устройствах. Эти платы имеют множество преимуществ перед стандартными конструкциями FR-4, включая улучшенную теплопроводность, низкую стоимость и гибкость.

MCPCB обычно используются в высокотемпературных электрических системах, где требуется отвод тепла. Например, они широко используются в аудиоаппаратуре, источниках питания и автомобилях.

MCPCB с медным диэлектриком

Диэлектрический слой разделяет медный и металлический слои. Этот слой помогает рассеивать тепло. Его толщина варьируется от 35 до 350 мм и составляет от одной до десяти унций на фут2. На плату также наносится паяльная маска, которая покрывает всю плату.

Этот тип печатных плат имеет медный слой между двумя проводниковыми слоями. Кроме того, между двумя слоями находится тонкий диэлектрический слой. Это похоже на материалы печатных плат типа FR-4. Однако диэлектрический слой остается тонким, что позволяет уменьшить расстояние до металлической пластины.

Этот тип печатных плат часто используется в приложениях, выделяющих большое количество тепла. Он особенно подходит для силовых электронных устройств, поскольку имеет проводящую сердцевину, которая рассеивает тепло. Благодаря своей толщине ее также трудно разрезать на мелкие части. Материал очень прочный, что делает его лучшим выбором для приложений, где печатная плата подвергается воздействию высоких температур.

Как планировать укладку многослойных печатных плат

При проектировании многослойной печатной платы необходимо учитывать следующие факторы. Опорные плоскости для сигналов слоя 3 обычно располагаются на слоях 2 и 5. Сигналы, проложенные по слою 4, используют эти опорные плоскости. Если опорные плоскости расположены на слоях, удаленных от сигнальных слоев, необходимо использовать широкие трассы. Такой тип трассировки возможен только в том случае, если общий импеданс слоев равен 50O или выше.

Использование менеджера стека слоев

Прежде чем приступить к созданию многослойной печатной платы, необходимо определить, какой тип технологии вы собираетесь использовать. Это позволит вам определить, сколько слоев вам понадобится, и расположение каждого из них. Затем следует создать схему с помощью программного обеспечения или компьютерного проектирования. Это поможет вам протестировать схему и убедиться в ее функциональности. Следующий шаг - определить, как разместить каждый компонент, включая типы соединений.

Чем больше слоев на печатной плате, тем лучше. Это связано с тем, что большее количество слоев увеличивает поток энергии и уменьшает электромагнитные помехи. Кроме того, большее количество слоев позволяет разместить на одной плате больше электроники.

Использование нескольких наземных плоскостей

Первым шагом в проектировании печатной платы является определение количества слоев. Затем нужно решить, где разместить внутренний слой и как распределить сигналы между слоями. Следуя правильному плану, вы сможете минимизировать затраты на монтаж и производство.

Сигнальный слой должен примыкать к заземляющим плоскостям. Это помогает уменьшить излучение и сопротивление земли. Силовая и массовая плоскости также должны быть соединены вместе. Для достижения этой цели наилучшим вариантом компоновки многослойных печатных плат является 8-слойная компоновка. Однако конфигурация может быть изменена в зависимости от потребностей конкретного приложения.

Критическим фактором при проектировании многослойных печатных плат является расположение силовых и сигнальных слоев. Порядок расположения слоев очень важен, поскольку он может влиять на излучение от шлейфов на плате. Поэтому важно избегать расположения слоев в произвольном порядке.

Бант и твист

При планировании многослойной печатной платы важно учитывать изгиб и скручивание, а также симметричный вес меди. Также важно учитывать толщину сердечника и препрега. Эти элементы конструкции помогут избежать изгиба и скручивания, которые могут привести к смещению печатной платы во время сборки. Кроме того, использование симметричного расположения слоев - отличный способ предотвратить возникновение этой проблемы.

Разметка многослойной печатной платы - сложная задача, и для обеспечения безопасности конечного проекта необходим тщательный подход. Многослойные печатные платы могут сильно нагреваться и влиять на работу соседних схем. Поэтому важно использовать материал, рассчитанный на определенный температурный диапазон. Кроме того, асимметричные конструкции с разной толщиной подвержены изгибу и скручиванию. Лучше всего планировать многослойную печатную плату, исходя из функциональности конструкции, процесса производства и условий применения.

Расчет дифференциального импеданса

При планировании многослойных печатных плат необходимо рассчитать дифференциальный импеданс дорожек на каждом слое печатной платы. Это важнейший этап процесса, поскольку неправильный расчет может привести к неточным результатам. Стандарт IPC-A-600G определяет коэффициент травления как отношение толщины (t) к половине разницы между W1 и W2. После определения желаемого импеданса печатных плат следующим шагом будет расчет коэффициента травления каждого слоя.

Первый шаг - определение опорной плоскости. Эта плоскость должна быть соединена с плоскостью заземления. Нижний слой должен иметь опорную плоскость питания и плоскость заземления. Верхний слой должен содержать первичный высокоскоростной слой маршрутизации.

Управление хорошим стеком

Процесс проектирования многослойных печатных плат - это и искусство, и наука. Он включает в себя размещение слоев и расстояние между ними, а также прокладку межслойных перемычек. Он также включает в себя расположение пар плоскостей питания/заземления. Укладка должна соответствовать требованиям производителя.

Хорошее программное обеспечение для проектирования многослойных печатных плат должно обладать функциями, которые помогут вам управлять многослойным монтажом. В нем должны быть инструменты для определения размеров платы, создания схем, размещения компонентов, прокладки трасс и управления данными компонентов. Кроме того, программа должна поддерживать большое количество типов материалов и включать настраиваемые опции.

Хорошая многослойная печатная плата должна также включать сбалансированную плоскость заземления после каждого сигнального слоя. Хорошая укладка многослойной печатной платы поможет вам добиться отличной целостности сигнала и ЭМС. Однако важно помнить, что каждый дополнительный слой повышает стоимость производства и требования к конструкции. Однако если вы работаете с опытным производителем печатных плат, этот компромисс может оказаться выгодным.

Краткое обсуждение некоторых важных технических характеристик чернил для печатных плат

PCB ink is an important component in the fabrication process. Its performance depends on several characteristics, including its viscosity, plasticity, adhesion, hardness, and water and solvent resistance. It also has properties that help it resist temperature and acid and alkali. Besides, it’s soluble, which helps it act as a bonding material.

Viscosity

Viscosity of PCB ink is an important factor in screen printing, one of the most important PCB manufacturing processes. The ink must have a high viscosity and good thixotropy to ensure accurate image reproduction. Viscosity is the internal friction that a liquid faces when being agitated or stirred. Thicker liquids have greater resistance while thinner liquids have less. The viscosity of PCB ink is measured in poises. It can vary considerably based on temperature.

The ink viscosity of PCB circuit boards depends on the type of PCB board and printing process. A high viscosity can cause leakage and damage to graphics edges. To avoid these issues, it is important to reduce the viscosity of the PCB ink. This is achieved through the use of a diluent.

Plasticity

The plasticity of PCB inks can be a big problem for screen printers, but it can be addressed through diluents. Using diluents will decrease the viscosity of the PCB ink, giving the printer a higher resolution. Also, it will allow the printer to achieve higher resolution levels without the risk of smearing or other problems caused by inks with high viscosities.

PCB inks are used in screen printing and other printing processes. These inks have several properties, including high hiding power, high viscosity, and opacity. They are typically white, but they can also be colored, or have text, symbols, or other types of information printed on them. This way, they can highlight important information or warn of hazards.

Resin content

The first step in cleaning PCB ink is to remove any excess resin. To do this, you can use a piece of transparency film and gently press it against the PCB. Then, use a paper towel to blot off any excess resin. Make sure that you expose any copper pads or extra artwork, as they may have been covered by the resin.

Typically, the solder resist ink will contain a photosensitive epoxy resin. This type of resin contains a chalcone group-containing compound and a curing agent. Other ingredients in the PCB ink include an organic solvent and a filler. The resin content of PCB ink can cause reduced dielectric resistance and may cause shortcircuiting or blistering of the PCB.

Adhesion

The adhesion of pcb ink is an important aspect in the manufacturing process. The adhesion of PCB ink depends on its type and substrate. Some of the commonly used types are UV, thermal, and photosensitive. These types of inks are very good in adhesion to various types of substrates.

The carbon ink PCB has excellent adhesion and peeling resistance. Its resistance change rate is about 10%. Its resistance square is about 20 ohms, which makes it excellent in electronic component packaging. As a result, it is often used as an alternative to gold keys and other expensive metals.

Resistivity

Resistivity is a material property. There are many different types of resistance, including Electrical Resistivity, Specific Resistance, Bulk Resistivity, and Volume Resistivity. Some materials have higher resistivities than others, and some have lower resistivities than others. Resistivity can also depend on temperature. For example, copper can vary in resistivity, depending on its preparation and formulation.

In the fabrication of printed circuit boards, it is important to measure the resistivity of the ink. In general, resistance is measured as a ratio of initial impedance to cured resistance. This measurement provides a useful reference when optimizing the conductivity of printed devices.