Mikroskaalvervaardiging / Mikrovervaardiging / Mikrobewerking / MEMS

MICROMANUFACTURING, MICROSCALE MANUFACTURING, MICROFABRICATION or MICROMACHINING refers to our processes suitable for making tiny devices and products in the micron or microns of dimensions. Soms kan die algehele afmetings van 'n mikrovervaardigde produk groter wees, maar ons gebruik steeds hierdie term om te verwys na die beginsels en prosesse wat betrokke is. Ons gebruik die mikrovervaardigingsbenadering om die volgende soorte toestelle te maak:

 

 

 

Mikro-elektroniese toestelle: Tipiese voorbeelde is halfgeleierskyfies wat funksioneer gebaseer op elektriese en elektroniese beginsels.

 

Mikromeganiese toestelle: Dit is produkte wat suiwer meganies van aard is, soos baie klein ratte en skarniere.

 

Mikro-elektromeganiese toestelle: Ons gebruik mikrovervaardigingstegnieke om meganiese, elektriese en elektroniese elemente op baie klein lengteskale te kombineer. Die meeste van ons sensors is in hierdie kategorie.

 

Mikro-elektromeganiese stelsels (MEMS): Hierdie mikro-elektromeganiese toestelle inkorporeer ook 'n geïntegreerde elektriese stelsel in een produk. Ons gewilde kommersiële produkte in hierdie kategorie is MEMS-versnellingsmeters, lugsaksensors en digitale mikrospieëltoestelle.

 

 

 

Afhangende van die produk wat vervaardig moet word, gebruik ons een van die volgende belangrikste mikrovervaardigingsmetodes:

 

GROTE MIKROMASJINERING: Dit is 'n relatief ouer metode wat oriëntasie-afhanklike etse op enkelkristal silikon gebruik. Die grootmaat-mikrobewerkingsbenadering is gebaseer op afets tot in 'n oppervlak, en stop op sekere kristalvlakke, gedoteerde streke en etsbare films om die vereiste struktuur te vorm. Tipiese produkte wat ons in staat is om mikro-vervaardiging met behulp van grootmaat mikrobewerking tegniek is:

 

- Klein uitkragte

 

- V-groefs in silikon vir belyning en fiksering van optiese vesels.

 

OPPERVLAK MIKROMASJERING: Ongelukkig is grootmaat mikromasjinering beperk tot enkelkristal materiale, aangesien polikristallyne materiale nie teen verskillende tempo's in verskillende rigtings met nat etsmiddels sal masjineer nie. Daarom staan oppervlakmikrobewerking uit as 'n alternatief vir grootmaatmikrobewerking. 'n Spasieerder of offerlaag soos fosfosilikaatglas word met behulp van CVD-proses op 'n silikonsubstraat neergesit. Oor die algemeen word strukturele dunfilmlae van polisilicon, metaal, metaallegerings, diëlektrika op die spasieerlaag neergelê. Deur gebruik te maak van droë-etstegnieke, word die strukturele dunfilmlae gevorm en nat-ets word gebruik om die offerlaag te verwyder, wat sodoende vrystaande strukture soos vrykragte tot gevolg het. Dit is ook moontlik om kombinasies van grootmaat- en oppervlakmikrobewerkingstegnieke te gebruik om sommige ontwerpe in produkte te omskep. Tipiese produkte wat geskik is vir mikrovervaardiging deur 'n kombinasie van die bogenoemde twee tegnieke te gebruik:

 

- Submilimetriese grootte mikrolampe (in die orde van 0,1 mm grootte)

 

- Druksensors

 

- Mikropompe

 

- Mikromotors

 

- Aktueerders

 

- Mikrovloeistofvloeitoestelle

 

Soms, om hoë vertikale strukture te verkry, word mikrovervaardiging op groot plat strukture horisontaal uitgevoer en dan word die strukture geroteer of in 'n regop posisie gevou deur tegnieke soos sentrifugering of mikrosamestelling met sondes te gebruik. Tog kan baie hoë strukture in enkelkristal silikon verkry word deur silikonfusiebinding en diep reaktiewe ioon-ets te gebruik. Deep Reactive Ion Etching (DRIE) mikrovervaardigingsproses word op twee afsonderlike wafels uitgevoer, dan in lyn gebring en saamgesmelt om baie hoë strukture te produseer wat andersins onmoontlik sou wees.

 

 

 

LIGA MICROFABRIKASIEPROSESSE: Die LIGA-proses kombineer X-straallitografie, elektrodeposisie, giet en behels oor die algemeen die volgende stappe:

 

 

 

1. 'n Paar honderde mikron dik polimetielmetakrilaat (PMMA) weerstandslaag word op die primêre substraat neergesit.

 

2. Die PMMA word ontwikkel met behulp van gekollimeerde X-strale.

 

3. Metaal word elektrodeponeer op die primêre substraat.

 

4. PMMA word gestroop en 'n vrystaande metaalstruktuur bly oor.

 

5. Ons gebruik die oorblywende metaalstruktuur as 'n vorm en spuitgiet van plastiek.

 

 

 

As jy die basiese vyf stappe hierbo ontleed, met behulp van die LIGA mikrovervaardiging / mikrobewerkingstegnieke wat ons kan verkry:

 

 

 

- Vrystaande metaalstrukture

 

- Spuitgegote plastiekstrukture

 

- Met behulp van spuitgegote struktuur as 'n leë kan ons gegote metaalonderdele of glipgegote keramiekonderdele belê.

 

 

 

Die LIGA mikrovervaardiging / mikrobewerking prosesse is tydrowend en duur. LIGA mikrobewerking produseer egter hierdie submikron-presisievorms wat gebruik kan word om die gewenste strukture met duidelike voordele te herhaal. LIGA mikrovervaardiging kan byvoorbeeld gebruik word om baie sterk miniatuurmagnete van seldsame-aarde-poeiers te vervaardig. Die skaars-aarde poeiers word met 'n epoksie bindmiddel gemeng en teen die PMMA vorm gedruk, onder hoë druk gehard, onder sterk magnetiese velde gemagnetiseer en uiteindelik word die PMMA opgelos en laat die klein sterk seldsame aarde magnete agter wat een van die wonders van mikrovervaardiging / mikrobewerking. Ons is ook in staat om multi-vlak MEMS mikrovervaardiging / mikrobewerking tegnieke te ontwikkel deur middel van wafer-skaal diffusie binding. Basies kan ons oorhangende geometrieë binne MEMS-toestelle hê, deur gebruik te maak van 'n bondeldiffusiebinding en vrystellingsprosedure. Ons berei byvoorbeeld twee PMMA-patroon- en elektrogevormde lae voor met die PMMA wat daarna vrygestel word. Vervolgens word die wafers van aangesig tot aangesig met gidspenne in lyn gebring en in 'n warmpers saamgedruk. Die offerlaag op een van die substrate word weggeëts wat tot gevolg het dat een van die lae aan die ander gebind word. Ander nie-LIGA-gebaseerde mikrovervaardigingstegnieke is ook vir ons beskikbaar vir die vervaardiging van verskeie komplekse meerlaagstrukture.

 

 

 

SOLIEDE VRYVORM MIKROFABRIKASIERING PROSESSE: Bykomende mikrovervaardiging word gebruik vir vinnige prototipering. Komplekse 3D-strukture kan deur hierdie mikrobewerkingsmetode verkry word en geen materiaalverwydering vind plaas nie. Mikrostereolitografie-proses gebruik vloeibare termohardende polimere, foto-inisieerder en 'n hoogs gefokusde laserbron tot 'n deursnee so klein as 1 mikron en laagdiktes van ongeveer 10 mikron. Hierdie mikrovervaardigingstegniek is egter beperk tot die produksie van niegeleidende polimeerstrukture. Nog 'n mikrovervaardigingsmetode, naamlik "onmiddellike maskering" of ook bekend as "elektrochemiese vervaardiging" of EFAB behels die vervaardiging van 'n elastomere masker met behulp van fotolitografie. Die masker word dan teen die substraat gedruk in 'n elektroafsettingsbad sodat die elastomeer aan die substraat pas en plateringsoplossing in kontakareas uitsluit. Gebiede wat nie gemasker is nie, word geelektrodeponeer as die spieëlbeeld van die masker. Met behulp van 'n offervuller word komplekse 3D-vorms mikrovervaardig. Hierdie "onmiddellike maskering" mikrovervaardiging / mikrobewerking metode maak dit ook moontlik om oorhange, boë ... ens.