Mikromittakaavavalmistus / Mikrovalmistus / Mikrokoneistus / 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. Joskus mikrovalmisteisen tuotteen kokonaismitat voivat olla suurempia, mutta käytämme silti tätä termiä viittaamaan siihen liittyviin periaatteisiin ja prosesseihin. Käytämme mikrovalmistusmenetelmää seuraavan tyyppisten laitteiden valmistukseen:

 

 

 

Mikroelektroniset laitteet: Tyypillisiä esimerkkejä ovat puolijohdesirut, jotka toimivat sähkö- ja elektroniikkaperiaatteiden perusteella.

 

Mikromekaaniset laitteet: Nämä ovat luonteeltaan puhtaasti mekaanisia tuotteita, kuten hyvin pienet vaihteet ja saranat.

 

Mikroelektromekaaniset laitteet: Käytämme mikrovalmistustekniikoita mekaanisten, sähköisten ja elektronisten elementtien yhdistämiseen hyvin pienissä mitoissa. Suurin osa antureistamme kuuluu tähän kategoriaan.

 

Mikroelektromekaaniset järjestelmät (MEMS): Näissä mikroelektromekaanisissa laitteissa on myös integroitu sähköjärjestelmä yhdessä tuotteessa. Suosittuja kaupallisia tuotteitamme tässä kategoriassa ovat MEMS-kiihtyvyysmittarit, turvatyynyanturit ja digitaaliset mikropeililaitteet.

 

 

 

Valmistettavasta tuotteesta riippuen käytämme yhtä seuraavista tärkeimmistä mikrovalmistusmenetelmistä:

 

bulkkimikrotyöstö: Tämä on suhteellisen vanhempi menetelmä, joka käyttää orientaatiosta riippuvaisia syövytyksiä yksikiteiselle piille. Bulkkimikrokoneistuksen lähestymistapa perustuu pintaan syövytykseen ja tiettyjen kidepintojen, seostettujen alueiden ja syövytettävien kalvojen pysäyttämiseen vaaditun rakenteen muodostamiseksi. Tyypillisiä tuotteita, joita pystymme valmistamaan bulkkimikrokoneistustekniikalla, ovat:

 

- Pienet ulokkeet

 

- Piin V-urat optisten kuitujen kohdistamiseen ja kiinnittämiseen.

 

PINNAN MIKROMEISTUS: Valitettavasti bulkkimikrotyöstö on rajoitettu yksikidemateriaaleihin, koska monikiteiset materiaalit eivät työstä eri nopeuksilla eri suuntiin käyttämällä märkiä etsausaineita. Siksi pintamikrotyöstö erottuu vaihtoehdoista bulkkimikrotyöstölle. Välike tai uhrautuva kerros, kuten fosfosilikaattilasi, kerrostetaan CVD-prosessilla piisubstraatille. Yleisesti sanottuna välikerrokselle kerrostetaan rakenteellisia ohutkalvokerroksia polypiistä, metallista, metalliseoksista ja eristeistä. Kuivaetsaustekniikoita käyttämällä rakenteelliset ohutkalvokerrokset kuvioillaan ja uhrikerroksen poistamiseen käytetään märkäetsausta, mikä johtaa vapaasti seisoviin rakenteisiin, kuten ulokkeisiin. On myös mahdollista käyttää bulkki- ja pintamikrotyöstötekniikoiden yhdistelmiä joidenkin mallien muuttamiseksi tuotteiksi. Tyypillisiä tuotteita, jotka soveltuvat mikrovalmistukseen, jossa käytetään kahden edellä olevan tekniikan yhdistelmää:

 

- Submilimetrisen kokoiset mikrolamput (suuruusluokkaa 0,1 mm)

 

- Paineanturit

 

- Mikropumput

 

- Mikromoottorit

 

- Toimilaitteet

 

- Mikronesteen virtauslaitteet

 

Joskus korkeiden pystysuorien rakenteiden saamiseksi suoritetaan mikrovalmistus suurille litteille rakenteille vaakasuunnassa ja sitten rakenteet käännetään tai taitetaan pystyasentoon käyttämällä tekniikoita, kuten sentrifugointia tai mikrokokoamista koettimilla. Silti erittäin korkeita rakenteita voidaan saada yksikiteisestä piistä käyttämällä piifuusiosidosta ja syväreaktiivista ionietsausta. Deep Reactive Ion Etching (DRIE) -mikrovalmistusprosessi suoritetaan kahdella erillisellä kiekolla, jotka sitten kohdistetaan ja fuusioidaan erittäin korkeiden rakenteiden tuottamiseksi, jotka muuten olisivat mahdottomia.

 

 

 

LIGA-MIKROVALMISTUSPROSESSIT: LIGA-prosessi yhdistää röntgenlitografian, sähköpinnoituksen ja muovauksen, ja se sisältää yleensä seuraavat vaiheet:

 

 

 

1. Muutaman sadan mikronin paksuinen polymetyylimetakrylaatti (PMMA) -suojakerros kerrostetaan primäärisubstraatille.

 

2. PMMA on kehitetty käyttämällä kollimoitua röntgensäteitä.

 

3. Metalli saostetaan sähköisesti primäärisubstraatille.

 

4. PMMA kuoritaan ja vapaasti seisova metallirakenne jää jäljelle.

 

5. Käytämme jäljellä olevaa metallirakennetta muottina ja teemme muovien ruiskuvalua.

 

 

 

Jos analysoit edellä mainitut viisi perusvaihetta, LIGA-mikrovalmistus-/mikrotyöstötekniikoita käyttämällä voimme saada:

 

 

 

- Vapaasti seisovat metallirakenteet

 

- Ruiskupuristetut muovirakenteet

 

- Käyttämällä ruiskupuristettua rakennetta aihiona voimme investoida valettuja metalliosia tai liukuvalettuja keraamisia osia.

 

 

 

LIGA-mikrovalmistus-/mikrotyöstöprosessit ovat aikaa vieviä ja kalliita. LIGA-mikrotyöstö tuottaa kuitenkin näitä submikronisia tarkkuusmuotteja, joita voidaan käyttää haluttujen rakenteiden jäljittämiseen selvillä eduilla. LIGA-mikrovalmistusta voidaan käyttää esimerkiksi erittäin vahvojen minimagneettien valmistamiseen harvinaisten maametallien jauheista. Harvinaisten maametallien jauheet sekoitetaan epoksisideaineeseen ja puristetaan PMMA-muottiin, kovetetaan korkeassa paineessa, magnetoidaan voimakkaissa magneettikentissä ja lopuksi PMMA liukenee jättäen jälkeensä pienet vahvat harvinaisten maametallien magneetit, jotka ovat yksi maailman ihmeistä. mikrovalmistus / mikrotyöstö. Pystymme myös kehittämään monitasoisia MEMS-mikrovalmistus-/mikrotyöstötekniikoita kiekon mittakaavan diffuusioliitoksen avulla. Pohjimmiltaan meillä voi olla ulkonevia geometrioita MEMS-laitteissa käyttämällä panosdiffuusiosidonta- ja irrotusmenettelyä. Valmistamme esimerkiksi kaksi PMMA-kuvioitua ja sähkömuovattua kerrosta, joista PMMA vapautetaan myöhemmin. Seuraavaksi kiekot kohdistetaan vastakkain ohjaustapeilla ja puristussovitetaan yhteen kuumapuristimessa. Toisella alustalla oleva uhrautuva kerros syövytetään pois, jolloin toinen kerroksista kiinnittyy toiseen. Saatavillamme on myös muita ei-LIGA-pohjaisia mikrovalmistustekniikoita erilaisten monimutkaisten monikerroksisten rakenteiden valmistukseen.

 

 

 

KIINTEÄT VAPAAMUODOT MIKROVALMISTUSPROSESSIT: Nopeaan prototyyppien valmistukseen käytetään additiivinen mikrovalmistus. Tällä mikrokoneistusmenetelmällä voidaan saada monimutkaisia 3D-rakenteita, eikä materiaalia poisteta. Mikrostereolitografiaprosessissa käytetään nestemäisiä lämpökovettuvia polymeerejä, fotoinitiaattoria ja erittäin fokusoitua laserlähdettä, jonka halkaisija on jopa 1 mikronia ja kerrospaksuus noin 10 mikronia. Tämä mikrovalmistustekniikka rajoittuu kuitenkin johtamattomien polymeerirakenteiden tuotantoon. Toinen mikrovalmistusmenetelmä, nimittäin "instant masking" tai joka tunnetaan myös nimellä "sähkökemiallinen valmistus" tai EFAB, sisältää elastomeerisen maskin valmistamisen fotolitografiaa käyttäen. Sitten maski painetaan substraattia vasten sähkösaostuskylvyssä niin, että elastomeeri mukautuu alustaan ja sulkee pois pinnoitusliuoksen kosketusalueilla. Alueet, joita ei ole peitetty, pinnoitetaan sähköisesti maskin peilikuvana. Uhrautuvalla täyteaineella mikrovalmistetaan monimutkaisia 3D-muotoja. Tämä "pikamaskinta" mikrovalmistus/mikrotyöstömenetelmä mahdollistaa myös ulkonemien, kaarien jne. valmistamisen.