Sensoren zijn in opmars: chips die luchtdrukken, stroomsnelheden, en nog veel meer meten. Hoe bescherm je deze supergevoelige flinters silicium tegen de woeste buitenwereld die ze tegelijkertijd moeten meten?Het liefst zou je ze volledig inpakken, zo kwetsbaar zijn ze: computerchips.
Delen
Maar als je chip ook een meetinstrument is, is een rechtstreekse verbinding tussen chip en buitenwereld soms onvermijdelijk. Sensoren worden steeds meer toegepast. Ze meten luchtdrukken, stroomsnelheden, chemische concentraties en andere grootheden, soms onder barre omstandigheden.
Promovenda in de elektrotechniek Carmen Cotofana bedacht een nieuwe methode om sensoren, metende chips, in te pakken. Giet je chip in plastic, maar laat een venstertje open, daar komt Cotofana’s methode op neer. ,,Mensen vragen vaak: waarom is niemand hier eerder op gekomen?”, vertelt de elektrotechnica, die afgelopen maandag promoveerde op haar proefschrift ‘Low-cost sensor packaging.’
,,Voor gewone chips bestaan er standaard-verpakkingsmethoden”, gaat Cotofana verder. ,,Het goedkoopste is het om ze in plastic te gieten.” Het ontwerpen van een mal voor zo’n verpakkingsprocédé is eenvoudig.
Zo’n standaardverpakking is er echter niet voor de meeste sensoren. Die vereisen vaak een custom-made verpakking, afhankelijk van de functie en de omgeving waarin ze moeten werken. Om te meten moet er namelijk vaak rechtstreeks contact zijn tussen chip en de buitenwereld die gemeten moet worden.
Het ontbreken van een standaardverpakkingsmethode van sensoren drijft de prijs op, vertelt Cotofana. Dat gaat zo ver dat voor veel sensoren niet de chip maar de verpakking zelf de voornaamste hindernis is op de weg naar goedkope massaproductie.
Mal
OWPP, Open Window Plastic Packaging, zo heet het verpakkingsprocédé dat Cotofana samen met haar promotor bedacht. De kneep zit hem in de nippel, een extra blokje binnenin de mal, dat het chipoppervlak raakt. Wanneer de chip in de mal met plastic omgeven wordt, spaart de nippel zo een venster tussen de chip en de buitenwereld uit.
,,Het is een heel charmant idee”, vindt Cotofana zelf, ,,maar simpel uit te voeren is het zeker niet. Je moet uitkijken dat je met de nippel niet het chipoppervlak beschadigt.” Het metaal waar de mal van gemaakt is, is bijvoorbeeld veel te hard om een goede nippel te vormen.
Cotofana koos daarom voor een nippel gemaakt van siliconen, een rubberachtig materiaal bekend van afdichtstrips en kunstborsten, die immers ook zacht moeten zijn. De siliconen nippel wordt in de mal geplakt, waarin vervolgens tientallen sensoren na elkaar verpakt kunnen worden.
,,Het werken met zachte structuren is nieuw”, stelt Cotofana. Vroeger waren siliconen lang niet zo hanteerbaar. ,,Je kunt er nu heel veel mee doen. Siliconen stonden er vroeger bijvoorbeeld om bekend dat ze niet aan metaal hechten, maar nu zijn er siliconensoorten die dat juist wel doen.” Ook de instrumentatie om met siliconen te werken is er de laatste jaren behoorlijk op vooruit gegaan.
Juist daarom is is er ook niemand eerder op het idee van OWPP-idee gekomen, vermoedt Cotofana. De techniek was er eerder gewoon nog niet rijp voor.
Als proef op de som verpakte Cotofana een optische sensor van het soort dat ook in digitale videocamera’s gebruikt wordt. Het lichtgevoelige gedeelte van het chipoppervlak liet ze open, zodat er licht op kan vallen. OWPP werkte uitstekend, al gaf de eerste chip wat problemen bij het vastsolderen. Na een analyse van de spanningen in de verpakking voldeed de tweede versie van de verpakte sensor uitstekend. OWPP werkte.
Stoer
Naast siliconen nippels verzon Cotofana nog een verpakkingsmethode voor sensoren met zeer gevoelige structuren, zoals membranen of microscopisch kleine mechanische onderdelen. Zelfs de druk van een zachte siliconennippel zou die beschadigen.
In zo’n geval, bedacht Cotofana, maak je een dijkje van silicium bij het vervaardigen van de chip. Met moderne etstechnieken is dit een fluitje van een cent. Het dijkje omringt het te beschermen sensoroppervlak.
De siliconen nippel wordt vervolgens bovenop de uitgespaarde dijkring gelegd als een deksel op een taartvorm. Onder het deksel blijft ruimte vrij. De gevoelige structuren blijven zo gespaard wanneer het plastic om de rest van de chip heen wordt gegoten. Overigens testte Cotofana deze truc niet in de praktijk.
De onderzoekster hoopt nu dat iemand op haar methode voortborduurt. Verschillende bedrijven in de halfgeleiderindustrie hebben hun belangstelling voor OWPP getoond, zegt ze, en ook collega-wetenschappers hebben er herhaaldelijk naar gevraagd.
Zelf heeft ze de sensoren even achter zich gelaten, in haar nieuwe baan bij Philips Semiconductors in Nijmegen, al houdt ze zich nog wel bezig met haar grote interesse: het verpakken van chips.
,,Philips was op dit gebied eerlijk gezegd een beetje achtergebleven”, oordeelt de verpakkingsdeskundige, ,,en er moet hier heel veel gebeuren”. Cotofana schreef haar proefschrift dus in haar Nijmeegse avonduren, maar háár hoor je daar niet over klagen. ,,Er wordt hier hard gewerkt”, zegt ze stoer, ,,en dat vind ik leuk.”
Sensoren zijn in opmars: chips die luchtdrukken, stroomsnelheden, en nog veel meer meten. Hoe bescherm je deze supergevoelige flinters silicium tegen de woeste buitenwereld die ze tegelijkertijd moeten meten?
Het liefst zou je ze volledig inpakken, zo kwetsbaar zijn ze: computerchips. Maar als je chip ook een meetinstrument is, is een rechtstreekse verbinding tussen chip en buitenwereld soms onvermijdelijk. Sensoren worden steeds meer toegepast. Ze meten luchtdrukken, stroomsnelheden, chemische concentraties en andere grootheden, soms onder barre omstandigheden.
Promovenda in de elektrotechniek Carmen Cotofana bedacht een nieuwe methode om sensoren, metende chips, in te pakken. Giet je chip in plastic, maar laat een venstertje open, daar komt Cotofana’s methode op neer. ,,Mensen vragen vaak: waarom is niemand hier eerder op gekomen?”, vertelt de elektrotechnica, die afgelopen maandag promoveerde op haar proefschrift ‘Low-cost sensor packaging.’
,,Voor gewone chips bestaan er standaard-verpakkingsmethoden”, gaat Cotofana verder. ,,Het goedkoopste is het om ze in plastic te gieten.” Het ontwerpen van een mal voor zo’n verpakkingsprocédé is eenvoudig.
Zo’n standaardverpakking is er echter niet voor de meeste sensoren. Die vereisen vaak een custom-made verpakking, afhankelijk van de functie en de omgeving waarin ze moeten werken. Om te meten moet er namelijk vaak rechtstreeks contact zijn tussen chip en de buitenwereld die gemeten moet worden.
Het ontbreken van een standaardverpakkingsmethode van sensoren drijft de prijs op, vertelt Cotofana. Dat gaat zo ver dat voor veel sensoren niet de chip maar de verpakking zelf de voornaamste hindernis is op de weg naar goedkope massaproductie.
Mal
OWPP, Open Window Plastic Packaging, zo heet het verpakkingsprocédé dat Cotofana samen met haar promotor bedacht. De kneep zit hem in de nippel, een extra blokje binnenin de mal, dat het chipoppervlak raakt. Wanneer de chip in de mal met plastic omgeven wordt, spaart de nippel zo een venster tussen de chip en de buitenwereld uit.
,,Het is een heel charmant idee”, vindt Cotofana zelf, ,,maar simpel uit te voeren is het zeker niet. Je moet uitkijken dat je met de nippel niet het chipoppervlak beschadigt.” Het metaal waar de mal van gemaakt is, is bijvoorbeeld veel te hard om een goede nippel te vormen.
Cotofana koos daarom voor een nippel gemaakt van siliconen, een rubberachtig materiaal bekend van afdichtstrips en kunstborsten, die immers ook zacht moeten zijn. De siliconen nippel wordt in de mal geplakt, waarin vervolgens tientallen sensoren na elkaar verpakt kunnen worden.
,,Het werken met zachte structuren is nieuw”, stelt Cotofana. Vroeger waren siliconen lang niet zo hanteerbaar. ,,Je kunt er nu heel veel mee doen. Siliconen stonden er vroeger bijvoorbeeld om bekend dat ze niet aan metaal hechten, maar nu zijn er siliconensoorten die dat juist wel doen.” Ook de instrumentatie om met siliconen te werken is er de laatste jaren behoorlijk op vooruit gegaan.
Juist daarom is is er ook niemand eerder op het idee van OWPP-idee gekomen, vermoedt Cotofana. De techniek was er eerder gewoon nog niet rijp voor.
Als proef op de som verpakte Cotofana een optische sensor van het soort dat ook in digitale videocamera’s gebruikt wordt. Het lichtgevoelige gedeelte van het chipoppervlak liet ze open, zodat er licht op kan vallen. OWPP werkte uitstekend, al gaf de eerste chip wat problemen bij het vastsolderen. Na een analyse van de spanningen in de verpakking voldeed de tweede versie van de verpakte sensor uitstekend. OWPP werkte.
Stoer
Naast siliconen nippels verzon Cotofana nog een verpakkingsmethode voor sensoren met zeer gevoelige structuren, zoals membranen of microscopisch kleine mechanische onderdelen. Zelfs de druk van een zachte siliconennippel zou die beschadigen.
In zo’n geval, bedacht Cotofana, maak je een dijkje van silicium bij het vervaardigen van de chip. Met moderne etstechnieken is dit een fluitje van een cent. Het dijkje omringt het te beschermen sensoroppervlak.
De siliconen nippel wordt vervolgens bovenop de uitgespaarde dijkring gelegd als een deksel op een taartvorm. Onder het deksel blijft ruimte vrij. De gevoelige structuren blijven zo gespaard wanneer het plastic om de rest van de chip heen wordt gegoten. Overigens testte Cotofana deze truc niet in de praktijk.
De onderzoekster hoopt nu dat iemand op haar methode voortborduurt. Verschillende bedrijven in de halfgeleiderindustrie hebben hun belangstelling voor OWPP getoond, zegt ze, en ook collega-wetenschappers hebben er herhaaldelijk naar gevraagd.
Zelf heeft ze de sensoren even achter zich gelaten, in haar nieuwe baan bij Philips Semiconductors in Nijmegen, al houdt ze zich nog wel bezig met haar grote interesse: het verpakken van chips.
,,Philips was op dit gebied eerlijk gezegd een beetje achtergebleven”, oordeelt de verpakkingsdeskundige, ,,en er moet hier heel veel gebeuren”. Cotofana schreef haar proefschrift dus in haar Nijmeegse avonduren, maar háár hoor je daar niet over klagen. ,,Er wordt hier hard gewerkt”, zegt ze stoer, ,,en dat vind ik leuk.”
Comments are closed.