Мікрамаштабная вытворчасць / мікравытворчасць / мікраапрацоўка / 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. Часам агульныя памеры прадукту мікравытворчасці могуць быць большымі, але мы ўсё роўна выкарыстоўваем гэты тэрмін для абазначэння прынцыпаў і працэсаў, якія задзейнічаны. Мы выкарыстоўваем падыход мікравытворчасці для вырабу наступных тыпаў прылад:

 

 

 

Мікраэлектронныя прылады: тыповымі прыкладамі з'яўляюцца паўправадніковыя мікрасхемы, якія функцыянуюць на аснове электрычных і электронных прынцыпаў.

 

Мікрамеханічныя прылады: гэта прадукты, якія з'яўляюцца чыста механічнымі па сваёй прыродзе, такія як вельмі маленькія шасцярэнькі і завесы.

 

Мікраэлектрамеханічныя прылады: мы выкарыстоўваем метады мікравытворчасці для камбінавання механічных, электрычных і электронных элементаў у вельмі малых маштабах даўжыні. Большасць нашых датчыкаў у гэтай катэгорыі.

 

Мікраэлектрамеханічныя сістэмы (MEMS): Гэтыя мікраэлектрамеханічныя прылады таксама ўключаюць інтэграваную электрычную сістэму ў адзін прадукт. Нашы папулярныя камерцыйныя прадукты ў гэтай катэгорыі - гэта MEMS-акселерометры, датчыкі падушак бяспекі і лічбавыя мікралюстраныя прылады.

 

 

 

У залежнасці ад прадукту, які трэба вырабіць, мы выкарыстоўваем адзін з наступных асноўных метадаў мікравытворчасці:

 

BULK MICROMACHINING: Гэта адносна стары метад, які выкарыстоўвае залежнае ад арыентацыі тручэнне на монакрышталічным крэмніі. Падыход аб'ёмнай мікраапрацоўкі заснаваны на пратручванні паверхні і прыпынку на пэўных гранях крышталя, легаваных абласцях і плёнках, якія можна пратручваць, для фарміравання неабходнай структуры. Тыповымі прадуктамі, якія мы можам вырабляць з выкарыстаннем тэхнікі масавай мікраапрацоўкі, з'яўляюцца:

 

- Малюсенькія кансолі

 

- V-вобразныя канаўкі ў крэмніі для выраўноўвання і фіксацыі аптычных валокнаў.

 

МІКРАМАШЫННАЯ АБРАБОТКА ПАВЕРХНІ: на жаль, масавая мікраапрацоўка абмежавана монакрышталічнымі матэрыяламі, паколькі полікрышталічныя матэрыялы не будуць апрацоўвацца з рознай хуткасцю ў розных накірунках пры дапамозе вільготных пратручвальнікаў. Таму мікраапрацоўка паверхні вылучаецца як альтэрнатыва аб'ёмнай мікраапрацоўцы. Пракладка або ахвярны пласт, напрыклад, фасфасілікатнае шкло, наносіцца з дапамогай працэсу CVD на крамянёвую падкладку. Наогул кажучы, структурныя тонкаплёнкавыя пласты з полікрэмнію, металу, металічных сплаваў, дыэлектрыкаў наносяцца на спэйсерны пласт. Выкарыстоўваючы метады сухога тручэння, структурныя пласты тонкай плёнкі малююцца, а вільготнае тручэнне выкарыстоўваецца для выдалення ахвярнага пласта, у выніку чаго ствараюцца асобна стаячыя структуры, такія як кансолі. Таксама магчыма выкарыстанне камбінацый аб'ёмных і павярхоўных метадаў мікраапрацоўкі для ператварэння некаторых канструкцый у прадукты. Тыповыя прадукты, прыдатныя для мікравытворчасці з выкарыстаннем камбінацыі двух вышэйзгаданых метадаў:

 

- Мікралямпы субміліметрычнага памеру (парадку памеру 0,1 мм)

 

- Датчыкі ціску

 

- Мікрапомпы

 

- Мікрарухавікі

 

- Прывады

 

- Прылады для пратокі мікра вадкасці

 

Часам, каб атрымаць высокія вертыкальныя структуры, мікравытворчасць выконваецца на вялікіх плоскіх структурах па гарызанталі, а затым структуры паварочваюцца або складаюцца ў вертыкальнае становішча з дапамогай такіх метадаў, як цэнтрыфугаванне або мікразборка з дапамогай зондаў. Тым не менш, вельмі высокія структуры могуць быць атрыманы ў монакрышталічным крэмніі з выкарыстаннем злучэння крэмнію і глыбокага рэактыўнага іённага тручэння. Працэс мікравытворчасці глыбокага рэактыўнага іённага тручэння (DRIE) ажыццяўляецца на дзвюх асобных пласцінах, затым выраўноўваецца і злучаецца зліццём для атрымання вельмі высокіх структур, якія інакш былі б немагчымыя.

 

 

 

ПРАЦЭСЫ МІКРАВЫТВОРЧАСЦІ LIGA: Працэс LIGA спалучае ў сабе рэнтгенаўскую літаграфію, электраасаджэнне, фармаванне і звычайна ўключае наступныя этапы:

 

 

 

1. Пласт рэзіста з поліметылметакрылату (ПММА) таўшчынёй у некалькі сотняў мікрон наносіцца на асноўную падкладку.

 

2. ПММА распрацоўваецца з дапамогай калімаваных рэнтгенаўскіх прамянёў.

 

3. Метал электроосаждены на першасную падкладку.

 

4. ПММА здымаецца, і застаецца асобная металічная канструкцыя.

 

5. Мы выкарыстоўваем астатнюю металічную канструкцыю ў якасці формы і выконваем ліццё пластмас пад ціскам.

 

 

 

Калі вы прааналізуеце асноўныя пяць крокаў вышэй, выкарыстоўваючы метады мікравытворчасці / мікраапрацоўкі LIGA, мы можам атрымаць:

 

 

 

- Асобна стаяць металічныя канструкцыі

 

- Літыя пад ціскам пластыкавыя канструкцыі

 

- Выкарыстоўваючы структуру, адлітую пад ціскам, у якасці нарыхтоўкі, мы можам вырабляць металічныя дэталі, адлітыя па тэхналагічным метадам, або керамічныя дэталі, вырабленыя слізгаценнем.

 

 

 

Працэсы мікравытворчасці / мікраапрацоўкі LIGA займаюць шмат часу і дорага. Аднак LIGA micromachining вырабляе гэтыя формы з субмікроннай дакладнасцю, якія могуць быць выкарыстаны для рэплікацыі патрэбных структур з відавочнымі перавагамі. Мікравытворчасць LIGA можа быць выкарыстана, напрыклад, для вырабу вельмі моцных мініяцюрных магнітаў з парашкоў рэдказямельных элементаў. Парашкі рэдказямельных элементаў змешваюцца з эпаксідным звязальным рэчывам і прыціскаюцца да формы з ПММА, отверждаются пад высокім ціскам, намагнічваюцца ў моцных магнітных палях і, нарэшце, ПММА раствараецца, пакідаючы пасля сябе малюсенькія моцныя рэдказямельныя магніты, якія з'яўляюцца адным з цудаў мікравытворчасць / мікраапрацоўка. Мы таксама здольныя распрацоўваць шматузроўневыя метады мікравытворчасці/мікрамашыннай апрацоўкі MEMS з дапамогай дыфузійнага злучэння пласцін. У асноўным мы можам мець навісаючыя геаметрыі ў прыладах MEMS, выкарыстоўваючы пакетнае дыфузійнае злучэнне і працэдуру вызвалення. Напрыклад, мы рыхтуем два пласта ПММА з узорам і гальванічным фармаваннем, пасля чаго ПММА выпускаецца. Затым пласціны выраўноўваюцца асабовым бокам адзін да аднаго з дапамогай накіроўвалых шпілек і прыціскаюцца адзін да аднаго ў гарачым прэсе. Ахвярны пласт на адной з падкладак выгравіраваны, у выніку чаго адзін са слаёў злучаецца з другім. Для вырабу розных складаных шматслойных структур нам таксама даступныя іншыя метады мікравытворчасці, якія не ўваходзяць у LIGA.

 

 

 

ЦВЕРДЫЯ ПРАЦЭСЫ МІКРАВЫТВОРЧАСЦІ СВОБОДНАЙ ФОРМЫ: для хуткага стварэння прататыпаў выкарыстоўваецца адытыўная мікравытворчасць. Гэтым метадам мікраапрацоўкі можна атрымаць складаныя 3D-структуры, без выдалення матэрыялу. У працэсе мікрастэрэалітаграфіі выкарыстоўваюцца вадкія тэрмарэактыўныя палімеры, фотаініцыятар і высокафакусаваны лазерны крыніца з дыяметрам усяго 1 мікрон і таўшчынёй пласта каля 10 мікрон. Аднак гэты метад мікравытворчасці абмежаваны вытворчасцю неправодных палімерных структур. Іншы метад мікравытворчасці, а менавіта «імгненная маскіроўка» або таксама вядомы як «электрахімічнае выраб» або EFAB, прадугледжвае выраб эластамернай маскі з дапамогай фоталітаграфіі. Затым маска прыціскаецца да падкладкі ў ванне для электраасаджэння, каб эластамер прылягаў да падкладкі і выключаў нанясенне пакрыцця ў зонах кантакту. Участкі, якія не маскіруюцца, наносяцца электраасаджанымі ў выглядзе люстранога адлюстравання маскі. З дапамогай ахвярнага напаўняльніка ствараюцца складаныя 3D-фігуры. Гэты метад мікравытворчасці / мікраапрацоўкі з «імгненнай маскіроўкай» таксама дазваляе вырабляць навісі, аркі… і г.д.