تصویربرداری حرارتی مادون قرمز فراتر از کاربردهای سنتی تجاری و صنعتی به سمت الکترونیک مصرفی، دستگاه‌های قابل حمل و سیستم‌های هوشمند فشرده در حال گسترش است. با رشد این کاربردها، الزامات قطعات مادون قرمز در حال تغییر است. صرف ادغام یک آشکارساز در دستگاه دیگر کافی نیست. تولیدکنندگان به طور فزاینده‌ای به راه‌حل‌های مادون قرمز نیاز دارند که کوچکتر، سبک‌تر، کم‌مصرف‌تر و آسان‌تر برای ادغام باشند. این الزامات معمولاً با اصطلاح SWaP خلاصه می‌شوند: اندازه، وزن و توان. دستیابی به عملکرد بهتر SWaP بیش از بهینه‌سازی خود تراشه آشکارساز را می‌طلبد. فناوری بسته‌بندی نیز نقش حیاتی ایفا می‌کند و بر ردپای کلی، فرآیند ادغام، حساسیت محیطی و عملکرد تصویربرداری یک آشکارساز مادون قرمز تأثیر می‌گذارد.
خانواده آشکارساز مادون قرمز ApexCore سنسورمیکرو با فناوری بسته‌بندی پیشرفته نسل چهارم خود که رابطه بین ساختار بسته، ادغام سیستم و عملکرد تصویربرداری حرارتی را بازنگری می‌کند، به این چالش‌ها می‌پردازد.
۱. تکامل بسته‌بندی آشکارساز مادون قرمز
بسته‌بندی آشکارساز مادون قرمز در کنار تقاضای صنعت برای سیستم‌های تصویربرداری حرارتی فشرده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر تکامل یافته است. از بسته‌های فلزی سنتی گرفته تا بسته‌های سرامیکی و بسته‌بندی در سطح ویفر (WLP)، هر نسل فرصت‌های جدیدی را معرفی کرده و در عین حال چالش‌های مهندسی متفاوتی را ارائه داده است.
۱.۱ نسل اول: بسته‌بندی فلزی
بسته‌بندی فلزی به دلیل استحکام مکانیکی و قابلیت‌های حفاظتی آن در آشکارسازهای مادون قرمز اولیه به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت. محفظه‌های فلزی می‌توانند پشتیبانی ساختاری قوی ارائه دهند و به محافظت از اجزای حساس آشکارساز در برابر تأثیرات خارجی کمک کنند. با این حال، بسته‌های فلزی سنتی اغلب به محفظه‌های نسبتاً بزرگ و فرآیندهای تولید پیچیده‌تر نیاز دارند. اندازه، وزن و هزینه آن‌ها می‌تواند مناسب بودن آن‌ها را برای کاربردهایی که نیازمند ابعاد فشرده و تولید در حجم بالا هستند، محدود کند. با حرکت فناوری مادون قرمز به سمت دستگاه‌های قابل حمل و مصرف‌کننده محور، این محدودیت‌ها اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کنند.
۱.۲ نسل دوم: بسته‌بندی سرامیکی
بسته‌بندی سرامیکی گامی دیگر به سمت طرح‌های فشرده‌تر آشکارساز مادون قرمز است. در مقایسه با محفظه‌های فلزی سنتی، بسته‌های سرامیکی می‌توانند فرصت‌هایی برای کاهش اندازه و وزن بسته ضمن ارائه خواص الکتریکی و ساختاری مفید ارائه دهند. با این حال، زیرلایه‌های سرامیکی نیازمند تولید و پردازش دقیق هستند. پیکربندی‌های بسته مانند اتصالات پین گرید آرایه (PGA) نیز می‌توانند فضای ارزشمند را اشغال کرده و کوچک‌سازی بیشتر را پیچیده کنند. این عوامل می‌توانند برآورده کردن الزامات ادغام فزاینده محصولات تصویربرداری حرارتی نسل بعدی را دشوارتر کنند.
۱.۳ نسل سوم: بسته‌بندی در سطح ویفر
بسته‌بندی در سطح ویفر نشان‌دهنده یک پیشرفت بزرگ در تولید آشکارساز مادون قرمز است. به جای بسته‌بندی هر آشکارساز به صورت جداگانه پس از پردازش ویفر، عملیات کلیدی بسته‌بندی در سطح ویفر قبل از جدا شدن دستگاه‌های جداگانه انجام می‌شود. این رویکرد می‌تواند کارایی تولید را بهبود بخشد، ابعاد بسته را کاهش دهد و فرصت‌هایی برای هزینه‌های واحد کمتر در تولید در حجم بالا ایجاد کند. با ادغام عملیات بسته‌بندی در مراحل اولیه فرآیند تولید، WLP به قابل دسترس‌تر شدن آشکارسازهای مادون قرمز فشرده برای طیف وسیع‌تری از کاربردها کمک کرده است.
با این حال، بسته‌بندی در سطح ویفر تمام چالش‌های ادغام را از بین نمی‌برد. هندسه بسته، کنترل آلودگی، الزامات تولید و شرایطی که آشکارساز در یک سیستم بزرگتر مونتاژ می‌شود، همچنان می‌تواند بر فرآیند توسعه کلی تأثیر بگذارد. برای تولیدکنندگانی که محصولات مادون قرمز فشرده می‌سازند، چالش بعدی ساده‌سازی ادغام ضمن حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان مورد انتظار از آشکارساز است.
۲. بسته‌بندی آشکارساز مادون قرمز نسل چهارم چیست؟
مرحله بعدی توسعه بسته‌بندی صرفاً در مورد کوچکتر کردن بسته نیست. این در مورد بازنگری در نحوه تعامل بسته با آشکارساز، مسیر نوری و برنامه نهایی است.
سنسورمیکرو فناوری بسته‌بندی پیشرفته نسل چهارم خود را در خانواده آشکارساز مادون قرمز ApexCore معرفی می‌کند. این رویکرد به جای در نظر گرفتن بسته‌بندی به عنوان یک ساختار حفاظتی مجزا، معماری بسته و الزامات ادغام را به عنوان بخشی از طراحی کلی آشکارساز در نظر می‌گیرد. هدف پرداختن به چندین چالش عملی است که توسعه‌دهندگان سیستم مادون قرمز با آن روبرو هستند: حساسیت به آلودگی گرد و غبار، پیچیدگی ادغام ثانویه و نیاز به حفظ عملکرد قوی تصویربرداری حرارتی در سیستم‌های فشرده.
۲.۱ حساسیت کمتر به آلودگی گرد و غبار
آلودگی گرد و غبار یک ملاحظه مهم در تصویربرداری مادون قرمز است زیرا ذرات نزدیک به مسیر نوری می‌توانند تابش مادون قرمز ورودی را مسدود کنند یا مصنوعات تصویری ناخواسته ایجاد کنند. تأثیر آن به عواملی مانند اندازه ذرات، مکان، هندسه نوری و طراحی سیستم تصویربرداری کامل بستگی دارد. در برخی پیکربندی‌های بسته‌بندی سنتی در سطح ویفر، فاصله کوتاه بین پنجره محافظ و صفحه کانونی می‌تواند سیستم تصویربرداری را نسبت به ذرات در مسیر نوری حساس‌تر کند. حتی آلاینده‌های کوچک نیز ممکن است در طول مونتاژ یا عملیات نگران‌کننده باشند. فناوری بسته‌بندی پیشرفته نسل چهارم سنسورمیکرو یک واسط (interposer) را به ساختار بسته معرفی می‌کند. این رویکرد ساختاری برای کاهش حساسیت آشکارساز به آلودگی گرد و غبار طراحی شده است و به عملی‌تر شدن ادغام در شرایط مونتاژ مناسب کمک می‌کند.
۲.۲ ادغام آسان‌تر برای توسعه‌دهندگان سیستم مادون قرمز
برای تولیدکنندگانی که دوربین‌های مادون قرمز و محصولات تصویربرداری حرارتی تعبیه شده را توسعه می‌دهند، آشکارساز تنها بخشی از سیستم کامل است. ادغام همچنین شامل طراحی مکانیکی، هم‌ترازی نوری، الکترونیک، فرآیندهای تولید و حفاظت محیطی است. بسته‌ای که دست و پا گیر است یا به شرایط مونتاژ بسیار حساس است، می‌تواند پیچیدگی توسعه و هزینه‌های تولید را افزایش دهد. این چالش‌ها می‌توانند به ویژه برای شرکت‌های کوچکتر یا تیم‌های محصول که برای اولین بار وارد بازار مادون قرمز می‌شوند، قابل توجه باشند.
فناوری بسته‌بندی نسل چهارم ApexCore سنسورمیکرو برای ساده‌سازی این مرحله از توسعه طراحی شده است. معماری بسته آن نیاز به ساختارهای اضافی مسدود کننده گرد و غبار را در طرح‌های مناسب کاهش می‌دهد و می‌تواند ادغام ثانویه را بدون نیاز خودکار به اتاق تمیز با درجه بالا برای هر عملیات مونتاژ، عملی‌تر کند.
۲.۳ بسته‌بندی طراحی شده برای پشتیبانی از عملکرد تصویربرداری حرارتی
بسته‌بندی گاهی اوقات عمدتاً به عنوان یک پوسته محافظ در اطراف یک آشکارساز مادون قرمز در نظر گرفته می‌شود. در واقعیت، این بخش از معماری نوری و مکانیکی سیستم تصویربرداری نیز هست. بسته باید اجازه دهد تابش مادون قرمز به آشکارساز برسد و در عین حال از اجزای حساس محافظت کرده و عملکرد ساختاری و محیطی مورد نیاز را حفظ کند. ویژگی‌های پنجره، هندسه نوری، آلودگی و طراحی بسته همگی می‌توانند بر عملکرد سیستم تصویربرداری کامل تأثیر بگذارند.
خانواده ApexCore سنسورمیکرو بسته‌بندی پیشرفته نسل چهارم را با طراحی آشکارساز و ساختاری که برای پشتیبانی از حساسیت حرارتی بالا در نظر گرفته شده است، ترکیب می‌کند. با در نظر گرفتن بسته‌بندی به عنوان بخشی از معماری کلی تصویربرداری، ApexCore قصد دارد راه‌حل‌های مادون قرمز فشرده را بدون در نظر گرفتن کوچک‌سازی و عملکرد تصویربرداری به عنوان اولویت‌های رقیب ارائه دهد.
۳. سنسورمیکرو ApexCore: بسته‌بندی پیشرفته برای کاربردهای مادون قرمز نسل بعدی
با گسترش تصویربرداری حرارتی مادون قرمز به محصولات فشرده‌تر و در دسترس‌تر، بسته‌بندی آشکارساز به بخشی فزاینده مهم از تمایز محصول تبدیل می‌شود. پیشرفت دیگر فقط با ابعاد تراشه آشکارساز اندازه‌گیری نمی‌شود. همچنین به میزان مؤثر بودن مونتاژ، ادغام و استقرار آشکارساز در سیستم‌های دنیای واقعی بستگی دارد.
خانواده آشکارساز مادون قرمز ApexCore سنسورمیکرو این تغییر را از طریق فناوری بسته‌بندی پیشرفته نسل چهارم خود منعکس می‌کند. با معرفی یک رویکرد ساختاری مبتنی بر واسط (interposer)، این فناوری برای کاهش حساسیت به آلودگی گرد و غبار، ساده‌سازی ادغام ثانویه در شرایط تولید مناسب و پشتیبانی از حساسیت حرارتی بالا طراحی شده است. برای تولیدکنندگان دوربین‌های مادون قرمز، OEMها و توسعه‌دهندگان محصول، این ملاحظات طراحی می‌تواند به کاهش موانع ادغام و ایجاد انعطاف‌پذیری بیشتر هنگام توسعه راه‌حل‌های تصویربرداری حرارتی فشرده کمک کند. نسل بعدی بسته‌بندی مادون قرمز چیزی بیش از یک بسته کوچکتر است. این در مورد آسان‌تر کردن ادغام فناوری مادون قرمز با کارایی بالا در محصولات فردا است.