Microfabrication / Microfabrication / Micro-usinage / MEMS

MICROFABRICATION, FABRICATION À MICROCHELLE, MICROFABRICATION or MICROMACHINING fait référence à nos produits de micro dimensions et procédés adaptés à la fabrication de nos produits de micro dimensions. Parfois, les dimensions globales d'un produit micro-fabriqué peuvent être plus grandes, mais nous utilisons toujours ce terme pour désigner les principes et les processus impliqués. Nous utilisons l'approche de microfabrication pour fabriquer les types d'appareils suivants :

 

 

 

Dispositifs microélectroniques : des exemples typiques sont les puces semi-conductrices qui fonctionnent sur la base de principes électriques et électroniques.

 

Dispositifs micromécaniques : Il s'agit de produits de nature purement mécanique tels que de très petits engrenages et charnières.

 

Dispositifs microélectromécaniques : Nous utilisons des techniques de microfabrication pour combiner des éléments mécaniques, électriques et électroniques à de très petites échelles de longueur. La plupart de nos capteurs sont dans cette catégorie.

 

Systèmes microélectromécaniques (MEMS) : ces dispositifs microélectromécaniques intègrent également un système électrique intégré dans un seul produit. Nos produits commerciaux populaires dans cette catégorie sont les accéléromètres MEMS, les capteurs d'airbag et les dispositifs numériques à micromiroirs.

 

 

 

Selon le produit à fabriquer, nous déployons l'une des grandes méthodes de microfabrication suivantes :

 

MICRO-USINAGE EN BULK : Il s'agit d'une méthode relativement ancienne qui utilise des gravures dépendantes de l'orientation sur du silicium monocristallin. L'approche de micro-usinage en masse est basée sur la gravure dans une surface et l'arrêt sur certaines faces cristallines, régions dopées et films gravables pour former la structure requise. Les produits typiques que nous sommes capables de microfabrication en utilisant la technique de micro-usinage en masse sont :

 

- Minuscules porte-à-faux

 

- Rainures en V en silicone pour l'alignement et la fixation des fibres optiques.

 

MICRO-USINAGE DE SURFACE : Malheureusement, le micro-usinage en vrac est limité aux matériaux monocristallins, car les matériaux polycristallins ne s'usineront pas à des vitesses différentes dans différentes directions en utilisant des agents de gravure humides. Le micro-usinage de surface s'impose donc comme une alternative au micro-usinage en masse. Une couche d'espacement ou couche sacrificielle telle que du verre de phosphosilicate est déposée à l'aide d'un procédé CVD sur un substrat de silicium. D'une manière générale, des couches minces structurelles de polysilicium, de métal, d'alliages métalliques, de diélectriques sont déposées sur la couche d'espacement. À l'aide de techniques de gravure sèche, les couches de couches minces structurelles sont modelées et une gravure humide est utilisée pour retirer la couche sacrificielle, ce qui donne des structures autoportantes telles que des porte-à-faux. Il est également possible d'utiliser des combinaisons de techniques de micro-usinage en masse et en surface pour transformer certaines conceptions en produits. Produits typiques adaptés à la microfabrication utilisant une combinaison des deux techniques ci-dessus :

 

- Microlampes de taille submillimétrique (de l'ordre de 0,1 mm de taille)

 

- Capteurs de pression

 

- Micropompes

 

- Micromoteurs

 

- Actionneurs

 

- Appareils à micro-fluide

 

Parfois, afin d'obtenir des structures verticales hautes, la microfabrication est effectuée sur de grandes structures plates horizontalement, puis les structures sont tournées ou repliées en position verticale à l'aide de techniques telles que la centrifugation ou le microassemblage avec des sondes. Pourtant, des structures très hautes peuvent être obtenues dans du silicium monocristallin en utilisant une liaison par fusion de silicium et une gravure ionique réactive profonde. Le processus de microfabrication Deep Reactive Ion Etching (DRIE) est effectué sur deux tranches distinctes, puis alignées et liées par fusion pour produire des structures très hautes qui seraient autrement impossibles.

 

 

 

PROCÉDÉS DE MICROFABRICATION LIGA : Le procédé LIGA combine la lithographie aux rayons X, l'électrodéposition, le moulage et implique généralement les étapes suivantes :

 

 

 

1. Une couche de réserve de polyméthylmétacrylate (PMMA) de quelques centaines de microns d'épaisseur est déposée sur le substrat primaire.

 

2. Le PMMA est développé à l'aide de rayons X collimatés.

 

3. Le métal est électrodéposé sur le substrat primaire.

 

4. Le PMMA est décapé et il reste une structure métallique autoportante.

 

5. Nous utilisons la structure métallique restante comme moule et effectuons le moulage par injection de plastiques.

 

 

 

Si vous analysez les cinq étapes de base ci-dessus, en utilisant les techniques de microfabrication / micro-usinage LIGA, nous pouvons obtenir :

 

 

 

- Structures métalliques autoportantes

 

- Structures en plastique moulé par injection

 

- En utilisant une structure moulée par injection comme ébauche, nous pouvons mouler des pièces métalliques ou des pièces en céramique moulées en barbotine.

 

 

 

Les processus de microfabrication / micro-usinage LIGA sont longs et coûteux. Cependant, le micro-usinage LIGA produit ces moules de précision submicronique qui peuvent être utilisés pour reproduire les structures souhaitées avec des avantages distincts. La microfabrication LIGA permet par exemple de fabriquer des aimants miniatures très puissants à partir de poudres de terres rares. Les poudres de terres rares sont mélangées avec un liant époxy et pressées dans le moule en PMMA, durcies sous haute pression, magnétisées sous de forts champs magnétiques et enfin le PMMA est dissous en laissant derrière lui les minuscules aimants puissants en terres rares qui sont l'une des merveilles de microfabrication / micro-usinage. Nous sommes également capables de développer des techniques de microfabrication / micro-usinage MEMS multiniveaux par liaison par diffusion à l'échelle de la plaquette. Fondamentalement, nous pouvons avoir des géométries en surplomb dans les dispositifs MEMS, en utilisant une procédure de liaison et de libération par diffusion par lots. Par exemple, nous préparons deux couches de PMMA à motifs et électroformées avec le PMMA ensuite libéré. Ensuite, les tranches sont alignées face à face avec des broches de guidage et pressées ensemble dans une presse à chaud. La couche sacrificielle sur l'un des substrats est gravée, ce qui a pour résultat que l'une des couches est liée à l'autre. D'autres techniques de microfabrication non basées sur LIGA sont également à notre disposition pour la fabrication de diverses structures multicouches complexes.

 

 

 

PROCESSUS DE MICROFABRICATION SOLIDES DE FORME LIBRE : La microfabrication additive est utilisée pour le prototypage rapide. Des structures 3D complexes peuvent être obtenues par cette méthode de micro-usinage et aucun enlèvement de matière n'a lieu. Le procédé de microstéréolithographie utilise des polymères thermodurcissables liquides, un photoinitiateur et une source laser hautement focalisée à un diamètre aussi petit que 1 micron et des épaisseurs de couche d'environ 10 microns. Cette technique de microfabrication est cependant limitée à la réalisation de structures polymères non conductrices. Un autre procédé de microfabrication, à savoir le « masquage instantané » ou encore appelé « fabrication électrochimique » ou EFAB consiste en la réalisation d'un masque élastomère par photolithographie. Le masque est ensuite pressé contre le substrat dans un bain d'électrodéposition de sorte que l'élastomère se conforme au substrat et exclut la solution de placage dans les zones de contact. Les zones qui ne sont pas masquées sont électrodéposées en tant qu'image miroir du masque. À l'aide d'une charge sacrificielle, des formes 3D complexes sont microfabriquées. Ce procédé de microfabrication / micro-usinage « masquage instantané » permet également de réaliser des porte-à-faux, des voûtes…etc.