射出壓縮微系統晶片

研究人員:何侑倫、許世忠

 

簡   介

高分子材料中的塑膠為最重要的工程材料,其優點在於容易加工成預期之形狀、低成本及快速大量生產等優點,除此之外也可藉由其他的添加物使其包含相當多的性質特徵,如近年來的導電塑膠、超導塑膠等。微機電製程是國際認定為廿一世紀主流核心製造技術之一,也是最具發展潛力與前瞻性的研究領域之一。承蒙半導體製造技術的成熟,使得微機電製程及LIGA技術也可滿足產品趨向輕、薄、短、小之需求,而將微機電技術運用於模具上在此雖不是首例,但利用微機電製程技術製作之微加熱器,來增加塑膠材料在細微尺度上的轉寫性,可說是一很大的挑戰。

技 術 概 述

本技術係結合射出壓縮成型(injection compression molding)、類LIGA (LIGA-LIKE)與微機電技術(MEMS),來製作微系統晶片所需的微流道、微通道、凹穴等細微圖案於塑膠材料之上。其主要特徵主要包括以微機電技術製作相關之微結構,再以類LIGA方式電鑄製作模仁,最後在射出成型時,透過特殊之加熱器輔助可達到晶圓級的射出件(6吋-8吋),故可與有積體電路或微機電元件等在其上的基板,直接進行晶圓級的封裝,達成降低成本及大量生產的經濟效益。

技 術 應 用

目前射出成型技術在光纖通訊領域方面唯一有相關之應用,即便是光纖連結器中的套圈(Ferrule)零件,在這技術方面仍有相當大的發展空間,唯材料選擇是致勝關鍵。本技術是將其運用於光纖陣列晶片(Fiber Array Chip),也就是目前業界通稱的V-grooved未來一般積體光學元件﹐只要是朝多通道數發展﹐對於V-grooved的需求便存在。至於V-grooved的潛在客戶﹐如陣列波導(AWG)、高密度波長多工器(DWDM)、光交換器(Optical Switch)﹐乃至微機電(MEMS)應用﹐甚至是光主動元件﹐只要朝多通道數發展﹐都可能是V-grooved的應用市場。

 

     

 Silicon V-grooved Chips

 

生物化學反應晶片。典型的生化反應晶片是核酸擴增反應晶片(PCR Chip),它是在晶片表面運用微細加工技術刻蝕出反應槽,並在其底部或反面製作微型電極陣列或附加微加熱器組。近來此反應晶片乃採用高分子材料主要是由於親水性與疏水性之問題,甚至更進一步需要考慮生物相容性。目前一般生物晶片中的微流道(micro channel)之截面尺寸約為20μm250μm2不等,故如此細微的尺寸結構可透過射壓成型技術及微機電製作之模仁完全表現出來。

PCR反應示意圖

 

由於微波通訊晶片是以被動元件為最主要的部分,為避免晶片上各元件間的相互干擾,通常會設計一蓋子來作為各元件間的屏蔽作用,而高分子材料通常是較佳的選擇,原因主要是成本低、容易取得且適合大量生產。

 

EMI晶片