Microscale Manufacturing / Micromanufacturing / Micromachining / 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. Nogle gange kan de overordnede dimensioner af et mikrofremstillet produkt være større, men vi bruger stadig dette udtryk til at henvise til de principper og processer, der er involveret. Vi bruger mikrofremstillingstilgangen til at fremstille følgende typer enheder:

 

 

 

Mikroelektroniske enheder: Typiske eksempler er halvlederchips, der fungerer baseret på elektriske og elektroniske principper.

 

Mikromekaniske enheder: Dette er produkter, der er rent mekaniske, såsom meget små gear og hængsler.

 

Mikroelektromekaniske enheder: Vi bruger mikrofremstillingsteknikker til at kombinere mekaniske, elektriske og elektroniske elementer i meget små længdeskalaer. De fleste af vores sensorer er i denne kategori.

 

Mikroelektromekaniske systemer (MEMS): Disse mikroelektromekaniske enheder inkorporerer også et integreret elektrisk system i ét produkt. Vores populære kommercielle produkter i denne kategori er MEMS accelerometre, airbag-sensorer og digitale mikrospejlenheder.

 

 

 

Afhængigt af det produkt, der skal fremstilles, implementerer vi en af følgende store mikrofremstillingsmetoder:

 

BULK MICROMACHINING: Dette er en relativt ældre metode, som bruger orienteringsafhængige ætsninger på enkeltkrystal silicium. Massemikrobearbejdningstilgangen er baseret på ætsning ned i en overflade og stop på visse krystalflader, doterede områder og ætsbare film for at danne den nødvendige struktur. Typiske produkter, vi er i stand til at mikrofremstille ved hjælp af bulk mikrobearbejdningsteknik er:

 

- Små udhæng

 

- V-riller i silicium til opretning og fiksering af optiske fibre.

 

OVERFLADEMIKROMARBEJDNING: Desværre er bulkmikrobearbejdning begrænset til enkeltkrystalmaterialer, da polykrystallinske materialer ikke vil bearbejde med forskellige hastigheder i forskellige retninger ved hjælp af våde ætsemidler. Derfor skiller overflademikrobearbejdning sig ud som et alternativ til bulkmikrobearbejdning. Et afstandsstykke eller offerlag, såsom phosphosilikatglas, afsættes ved hjælp af CVD-processen på et siliciumsubstrat. Generelt er strukturelle tynde filmlag af polysilicium, metal, metallegeringer, dielektrikum aflejret på afstandslaget. Ved hjælp af tørætsningsteknikker mønstres de strukturelle tynde filmlag, og vådætsning bruges til at fjerne offerlaget, hvilket resulterer i fritstående strukturer som f.eks. cantilevers. Det er også muligt at bruge kombinationer af bulk- og overflademikrobearbejdningsteknikker til at omdanne nogle designs til produkter. Typiske produkter egnet til mikrofremstilling ved hjælp af en kombination af de to ovennævnte teknikker:

 

- Mikrolamper i submilimetrisk størrelse (i størrelsesordenen 0,1 mm)

 

- Tryksensorer

 

- Mikropumper

 

- Mikromotorer

 

- Aktuatorer

 

- Mikro-væske-flow-enheder

 

Nogle gange, for at opnå høje vertikale strukturer, udføres mikrofremstilling på store flade strukturer vandret, og derefter roteres eller foldes strukturerne til en oprejst position ved hjælp af teknikker såsom centrifugering eller mikrosamling med prober. Alligevel kan meget høje strukturer opnås i enkeltkrystalsilicium ved hjælp af siliciumfusionsbinding og dyb reaktiv ionætsning. Deep Reactive Ion Etching (DRIE) mikrofremstillingsproces udføres på to separate wafere, derefter justeret og fusionsbundet for at producere meget høje strukturer, som ellers ville være umulige.

 

 

 

LIGA MICROMANUFACTURING PROCESSER: LIGA-processen kombinerer røntgenlitografi, elektroaflejring, støbning og involverer generelt følgende trin:

 

 

 

1. Et par hundrede mikrometer tykt polymethylmetacrylat (PMMA) resistlag afsættes på det primære substrat.

 

2. PMMA er udviklet ved hjælp af kollimerede røntgenstråler.

 

3. Metal afsættes elektrolytisk på det primære substrat.

 

4. PMMA er strippet, og en fritstående metalstruktur forbliver.

 

5. Vi bruger den resterende metalstruktur som støbeform og udfører sprøjtestøbning af plast.

 

 

 

Hvis du analyserer de grundlæggende fem trin ovenfor, ved hjælp af LIGA mikrofremstillings-/mikrobearbejdningsteknikker kan vi opnå:

 

 

 

- Fritstående metalkonstruktioner

 

- Sprøjtestøbte plaststrukturer

 

- Ved at bruge sprøjtestøbt struktur som et emne kan vi investere støbte metaldele eller slipstøbte keramiske dele.

 

 

 

LIGA mikrofremstillings-/mikrobearbejdningsprocesserne er tidskrævende og dyre. Imidlertid producerer LIGA mikrobearbejdning disse submikron præcisionsforme, som kan bruges til at replikere de ønskede strukturer med tydelige fordele. LIGA micromanufacturing kan f.eks. bruges til at fremstille meget stærke miniaturemagneter af sjældne jordarters pulvere. De sjældne jordarters pulvere blandes med et epoxybindemiddel og presses til PMMA-formen, hærdes under højt tryk, magnetiseres under stærke magnetiske felter og til sidst opløses PMMA'en og efterlader de bittesmå stærke sjældne jordarters magneter, som er et af vidunderne ved mikrofremstilling / mikrobearbejdning. Vi er også i stand til at udvikle MEMS-mikrofremstillings-/mikrobearbejdningsteknikker på flere niveauer gennem diffusionsbinding i waferskala. Grundlæggende kan vi have overhængende geometrier inden for MEMS-enheder ved hjælp af en batchdiffusionsbinding og frigivelsesprocedure. For eksempel forbereder vi to PMMA-mønstrede og elektroformede lag med PMMA efterfølgende frigivet. Dernæst justeres waferne ansigt til ansigt med styrestifter og pressepas sammen i en varm presse. Offerlaget på et af substraterne ætses væk, hvilket resulterer i, at det ene lag bindes til det andet. Andre ikke-LIGA-baserede mikrofremstillingsteknikker er også tilgængelige for os til fremstilling af forskellige komplekse flerlagsstrukturer.

 

 

 

SOLID FRIFORM MICROFABRICATION PROCESSER: Additiv mikrofremstilling bruges til hurtig prototyping. Komplekse 3D-strukturer kan opnås ved denne mikrobearbejdningsmetode, og der finder ingen materialefjernelse sted. Mikrostereolitografiprocessen bruger flydende termohærdende polymerer, fotoinitiator og en meget fokuseret laserkilde til en diameter så lille som 1 mikron og lagtykkelser på omkring 10 mikron. Denne mikrofremstillingsteknik er dog begrænset til produktion af ikke-ledende polymerstrukturer. En anden mikrofremstillingsmetode, nemlig "øjeblikkelig maskering" eller også kendt som "elektrokemisk fremstilling" eller EFAB involverer fremstilling af en elastomer maske ved hjælp af fotolitografi. Masken presses derefter mod substratet i et elektroaflejringsbad, således at elastomeren tilpasser sig substratet og udelukker pletteringsopløsning i kontaktområder. Områder, der ikke er maskeret, elektroaflejres som spejlbilledet af masken. Ved hjælp af et offerfyldstof mikrofabrikeres komplekse 3D-former. Denne "instant maskering" mikrofremstillings-/mikrobearbejdningsmetode gør det også muligt at producere udhæng, buer...osv.