التصنيع المجهري / التصنيع الدقيق / الآلات الدقيقة / النظم الكهروميكانيكية الصغرى

MICROMANUFACTURING ، MICROSCALE MANUFACTURING ، MICROFABRICATION or MICROMACH -5ad5-5bad5cf58d_MICROMACH -5ad5_bad5d5 في بعض الأحيان ، قد تكون الأبعاد الإجمالية للمنتج المصنَّع بشكل دقيق أكبر ، لكننا ما زلنا نستخدم هذا المصطلح للإشارة إلى المبادئ والعمليات المتضمنة. نستخدم نهج التصنيع المصغر لعمل الأنواع التالية من الأجهزة:

 

 

 

الأجهزة الإلكترونية الدقيقة: الأمثلة النموذجية هي رقائق أشباه الموصلات التي تعمل على أساس المبادئ الكهربائية والإلكترونية.

 

الأجهزة الميكانيكية الدقيقة: هي منتجات ميكانيكية بحتة بطبيعتها مثل التروس والمفصلات الصغيرة جدًا.

 

الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة: نستخدم تقنيات التصنيع الدقيق للجمع بين العناصر الميكانيكية والكهربائية والإلكترونية بمقاييس أطوال صغيرة جدًا. معظم أجهزة الاستشعار لدينا في هذه الفئة.

 

الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS): تشتمل هذه الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة أيضًا على نظام كهربائي متكامل في منتج واحد. منتجاتنا التجارية الشهيرة في هذه الفئة هي مقاييس التسارع MEMS ، وأجهزة استشعار الأكياس الهوائية وأجهزة المرآة الدقيقة الرقمية.

 

 

 

اعتمادًا على المنتج المراد تصنيعه ، نقوم بنشر إحدى طرق التصنيع المصغر الرئيسية التالية:

 

MICROMACHINING السائبة: هذه طريقة قديمة نسبيًا تستخدم الحفر المعتمد على الاتجاه على السيليكون أحادي البلورة. يعتمد نهج التصنيع الدقيق بالجملة على الحفر في السطح ، والتوقف عند بعض الوجوه البلورية ، والمناطق المخدرة ، والأغشية القابلة للنقش لتشكيل الهيكل المطلوب. المنتجات النموذجية التي يمكننا تصنيعها بشكل دقيق باستخدام تقنية الآلات الدقيقة السائبة هي:

 

- ناتئ صغير

 

- تجاويف على شكل حرف V في السيليكون لمحاذاة وتثبيت الألياف الضوئية.

 

المعالجة الدقيقة للأسطح: لسوء الحظ ، يقتصر التصنيع الدقيق للكميات على المواد أحادية البلورة ، نظرًا لأن المواد متعددة البلورات لن يتم تشغيلها بمعدلات مختلفة في اتجاهات مختلفة باستخدام الخامات الرطبة. لذلك تبرز الآلات الدقيقة السطحية كبديل عن الآلات الدقيقة السائبة. يتم ترسيب فاصل أو طبقة ذبيحة مثل زجاج الفوسفوسيليكات باستخدام عملية CVD على ركيزة من السيليكون. بشكل عام ، يتم ترسيب طبقات الأغشية الرقيقة الهيكلية من البولي سيليكون ، والمعادن ، والسبائك المعدنية ، والعوازل الكهربائية على طبقة المباعد. باستخدام تقنيات الحفر الجاف ، يتم نقش طبقات الأغشية الرقيقة الهيكلية واستخدام النقش الرطب لإزالة طبقة الذبيحة ، مما ينتج عنه هياكل قائمة بذاتها مثل الكابولي. ومن الممكن أيضًا استخدام مجموعات من تقنيات المعالجة بالآلات الدقيقة السائبة والسطحية لتحويل بعض التصميمات إلى منتجات. منتجات نموذجية مناسبة للتصنيع الدقيق باستخدام مزيج من الطريقتين السابقتين:

 

- امبير صغيرة الحجم (بحجم 0.1 مم)

 

- أجهزة استشعار الضغط

 

- مضخات صغيرة

 

- المحركات الدقيقة

 

- المحركات

 

- أجهزة تدفق السوائل الدقيقة

 

في بعض الأحيان ، من أجل الحصول على هياكل عمودية عالية ، يتم إجراء التصنيع الدقيق على الهياكل المسطحة الكبيرة أفقيًا ثم يتم تدوير الهياكل أو طيها في وضع رأسي باستخدام تقنيات مثل الطرد المركزي أو التجميع الدقيق باستخدام المجسات. ومع ذلك ، يمكن الحصول على هياكل طويلة جدًا من السيليكون البلوري الأحادي باستخدام ارتباط اندماج السيليكون ونقش أيوني عميق التفاعلي. يتم إجراء عملية التصنيع الدقيق للحفر الأيوني التفاعلي العميق (DRIE) على رقيقتين منفصلتين ، ثم يتم محاذاتهما ودمجهما معًا لإنتاج هياكل طويلة جدًا كان من المستحيل لولا ذلك.

 

 

 

عمليات LIGA MICROMANUFACTURING: عملية LIGA تجمع بين الطباعة الحجرية بالأشعة السينية والترسيب الكهربائي والقولبة وتتضمن بشكل عام الخطوات التالية:

 

 

 

1. يتم ترسيب بضع مئات من الميكرونات من طبقة مقاومة بوليميثيل ميتاكريلات سميكة (PMMA) على الركيزة الأولية.

 

2. تم تطوير PMMA باستخدام الأشعة السينية الموازية.

 

3. ترسب المعادن كهربائيا على الركيزة الأولية.

 

4. يتم تجريد PMMA ويبقى الهيكل المعدني القائم بذاته.

 

5. نحن نستخدم الهيكل المعدني المتبقي كقالب ونقوم بقولبة البلاستيك بالحقن.

 

 

 

إذا قمت بتحليل الخطوات الخمس الأساسية المذكورة أعلاه ، باستخدام تقنيات التصنيع المصغر / التصنيع الدقيق لـ LIGA ، فيمكننا الحصول على:

 

 

 

- الهياكل المعدنية القائمة بذاتها

 

- الهياكل البلاستيكية المقولبة بالحقن

 

- باستخدام هيكل مصبوب بالحقن كفراغ ، يمكننا استثمار أجزاء معدنية مصبوبة أو أجزاء سيراميك مصبوبة.

 

 

 

تستغرق عمليات التصنيع المصغر / التصنيع بالآلات الدقيقة في LIGA وقتًا طويلاً ومكلفة. ومع ذلك ، فإن LIGA micromachining تنتج هذه القوالب الدقيقة دون الميكرون والتي يمكن استخدامها لتكرار الهياكل المرغوبة بمزايا مميزة. يمكن استخدام تصنيع LIGA المصغر على سبيل المثال لتصنيع مغناطيسات مصغرة قوية جدًا من مساحيق الأرض النادرة. يتم خلط المساحيق الأرضية النادرة مع مادة رابطة الإيبوكسي والضغط على قالب PMMA ، ومعالجتها تحت ضغط عالٍ ، ومغناطيسية تحت مجالات مغناطيسية قوية ، وأخيراً يتم إذابة PMMA تاركًا وراءها مغناطيسات أرضية نادرة قوية للغاية والتي تعد واحدة من عجائب التصنيع الدقيق / التصنيع الدقيق. نحن قادرون أيضًا على تطوير تقنيات MEMS للتصنيع الدقيق / التصنيع الدقيق متعدد المستويات من خلال روابط الانتشار على نطاق الرقاقة. في الأساس ، يمكن أن يكون لدينا أشكال هندسية متدلية داخل أجهزة MEMS ، باستخدام إجراء ربط ونشر دفعة. على سبيل المثال ، نقوم بإعداد طبقتين من نمط PMMA ومشكل كهربائيًا مع إطلاق PMMA لاحقًا. بعد ذلك ، يتم محاذاة الرقائق وجهاً لوجه مع دبابيس التوجيه واضغط لتناسب معًا في الضغط الساخن. يتم حفر الطبقة القربانية على إحدى الركائز مما ينتج عنه ارتباط إحدى الطبقات بالطبقة الأخرى. تتوفر لنا أيضًا تقنيات التصنيع الدقيق الأخرى التي لا تعتمد على LIGA لتصنيع العديد من الهياكل المعقدة متعددة الطبقات.

 

 

 

عمليات التصنيع الدقيق للأحجار الصلبة: يتم استخدام التصنيع الدقيق الإضافي للنماذج الأولية السريعة. يمكن الحصول على هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة من خلال طريقة المعالجة الدقيقة هذه ولا تتم إزالة أي مواد. تستخدم عملية الطباعة الحجرية الدقيقة بوليمرات سائلة بالحرارة ومبدئ ضوئي ومصدر ليزر شديد التركيز بقطر صغير يصل إلى 1 ميكرون وسماكة طبقة تبلغ حوالي 10 ميكرون. ومع ذلك ، فإن تقنية التصنيع الدقيق هذه تقتصر على إنتاج هياكل بوليمر غير موصلة. تتضمن طريقة التصنيع الدقيق الأخرى ، وهي "الإخفاء الفوري" أو المعروف أيضًا باسم "التصنيع الكهروكيميائي" أو EFAB ، إنتاج قناع مرن باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية. ثم يتم ضغط القناع على الركيزة في حمام الترسيب الكهربائي بحيث يتوافق المطاط الصناعي مع الركيزة ويستبعد محلول الطلاء في مناطق التلامس. يتم ترسيب المناطق غير المقنعة كهربائيًا كصورة معكوسة للقناع. باستخدام حشو الذبيحة ، يتم تصنيع الأشكال ثلاثية الأبعاد المعقدة بدقة. تتيح طريقة التصنيع المصغر / التصنيع الدقيق "الإخفاء الفوري" إمكانية إنتاج الأذرع والأقواس ... إلخ.