jyx123321的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/jyx123321 高分子材料/复合材料/物理凝胶 山东大学材料科学与工程学院教授

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从芯片封装反思光纤应变传感器封装 精选

已有 3660 次阅读 2022-7-6 20:51 |系统分类:观点评述

最近在阅读国外电子与通信教材的中文译著《芯片制造---半导体工艺制程实用教程(第六版)》。在看到第18章《封装》的内容时,感觉作者Peter Van Zant从实用的角度用不多的篇幅就为读者讲明白了芯片封装技术要点。

突然想到了自己课题组近十年来在光纤光栅传感器上的实践,尤其是光纤光栅应变传感器在被测对象测点上的各种封装实践,感觉很受启发。

作者Peter Van Zant归纳半导体的封装有4种基本功能,它们提供:1. 基本引脚系统;2. 物理性保护; 3. 环境性保护; 4. 散热。其中,关于基本引脚系统,作者写到:封装的主要功能是将芯片与电路板或直接与电子产品相连接。这个连接不可以直接实现,因为用于连接芯片表面器件的金属系统太过纤细和脆弱。为克服连线的脆弱性,人们引进了一套更坚固的引脚系统,其作用是通过传统的引脚或管脚,或用在针栅阵列管壳中的球,将芯片与外部世界连接起来。引脚系统是构成管壳整体的一部分

做一类比的话,光纤光栅应变传感器在被测对象测点上的封装首要提供的功能是基本应变传递,即被测对象测点在光纤轴向上的拉/压应变被准确地传递给光纤光栅。假如直接用环氧树脂、丙烯酸酯等热固性树脂将通常是125微米直径的石英光纤或250微米直径的带有聚合物涂覆层的石英光纤粘接在被测对象测点上,环氧树脂、丙烯酸酯等热固性树脂固有的黏弹性将使得被测对象测点和光纤光栅之间的应变差异越来越大(作为应变传递层的树脂的应力松弛现象),最终在经历一段时间(尤其是在高温高湿的环境中)后光纤光栅不再能检测到被测对象测点上的应变,即使被测对象测点上的应变始终保持不变。另外,如果把光纤光栅应变传感器与被测对象测点直接粘接,当被测对象测点在光纤轴向上的应变存在明显梯度现象的时候,光纤光栅应变传感器检测到的反射光信号强度就会明显变弱,波峰从高且尖的特征变为矮且宽的特征甚至出现啁啾现象。这也是光纤光栅应变传感器在工程实践中通常刚开始信号很好而在半年后信号强度和中心波长偏移量都明显退化、在经历更长时间后就检测不到任何信号的重要原因之一。

上述的芯片封装技术为光纤光栅应变传感器在被测对象测点上的封装提供了很值得借鉴的技术方案,让人受益良多!

从这个角度来看,各个方向的技术研究也可以相互启发,给出新思路和新方法,从而解决老问题!




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