માઈક્રોસ્કેલ મેન્યુફેક્ચરિંગ/માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ/માઈક્રોમશિનીંગ/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. કેટલીકવાર માઇક્રોમેન્યુફેક્ચર્ડ પ્રોડક્ટના એકંદર પરિમાણો મોટા હોઈ શકે છે, પરંતુ અમે હજી પણ આ શબ્દનો ઉપયોગ સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રિયાઓને સંદર્ભિત કરવા માટે કરીએ છીએ જે તેમાં સામેલ છે. અમે નીચેના પ્રકારનાં ઉપકરણો બનાવવા માટે માઇક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ અભિગમનો ઉપયોગ કરીએ છીએ:

 

 

 

માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો: લાક્ષણિક ઉદાહરણો સેમિકન્ડક્ટર ચિપ્સ છે જે ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક સિદ્ધાંતો પર આધારિત કાર્ય કરે છે.

 

માઇક્રોમિકેનિકલ ઉપકરણો: આ એવા ઉત્પાદનો છે જે સંપૂર્ણપણે યાંત્રિક પ્રકૃતિના હોય છે જેમ કે ખૂબ નાના ગિયર્સ અને હિન્જ્સ.

 

માઈક્રોઈલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઉપકરણો: અમે યાંત્રિક, વિદ્યુત અને ઈલેક્ટ્રોનિક તત્વોને ખૂબ જ નાની લંબાઈના સ્કેલ પર જોડવા માટે માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીએ છીએ. અમારા મોટાભાગના સેન્સર આ શ્રેણીમાં છે.

 

માઈક્રોઈલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ (MEMS): આ સૂક્ષ્મ ઈલેક્ટ્રોમિકેનિકલ ઉપકરણો પણ એક ઉત્પાદનમાં એકીકૃત વિદ્યુત સિસ્ટમનો સમાવેશ કરે છે. આ કેટેગરીમાં અમારા લોકપ્રિય વ્યાપારી ઉત્પાદનો MEMS એક્સીલેરોમીટર, એર-બેગ સેન્સર અને ડિજિટલ માઇક્રોમિરર ઉપકરણો છે.

 

 

 

બનાવટ કરવા માટેના ઉત્પાદનના આધારે, અમે નીચેની મુખ્ય માઇક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ પદ્ધતિઓમાંથી એકનો ઉપયોગ કરીએ છીએ:

 

બલ્ક માઈક્રોમૅકિનિંગ: આ પ્રમાણમાં જૂની પદ્ધતિ છે જે સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સિલિકોન પર ઓરિએન્ટેશન-આધારિત ઇચનો ઉપયોગ કરે છે. જથ્થાબંધ માઇક્રોમશીનિંગનો અભિગમ સપાટી પર નીચે નકશી કરવા અને ચોક્કસ ક્રિસ્ટલ ફેસ, ડોપ્ડ પ્રદેશો અને ઇચેબલ ફિલ્મો પર રોકીને જરૂરી માળખું બનાવવા પર આધારિત છે. અમે બલ્ક માઈક્રોમેચિનિંગ ટેકનિકનો ઉપયોગ કરીને માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ માટે સક્ષમ છીએ તેવા લાક્ષણિક ઉત્પાદનો છે:

 

- નાના કેન્ટિલવર્સ

 

- ઓપ્ટિકલ ફાઈબરની ગોઠવણી અને ફિક્સેશન માટે સિલિકોનમાં વી-ગ્રુવ્સ.

 

સરફેસ માઇક્રોમશીનિંગ: કમનસીબે જથ્થાબંધ માઇક્રોમશીનિંગ સિંગલ-ક્રિસ્ટલ મટિરિયલ્સ સુધી મર્યાદિત છે, કારણ કે પોલીક્રિસ્ટલાઇન મટિરિયલ વેટ એચન્ટ્સનો ઉપયોગ કરીને અલગ-અલગ દિશામાં અલગ-અલગ દરે મશીન નહીં કરે. તેથી સરફેસ માઈક્રોમશીનિંગ બલ્ક માઈક્રોમશીનિંગના વિકલ્પ તરીકે અલગ છે. સ્પેસર અથવા બલિદાન સ્તર જેમ કે ફોસ્ફોસિલિકેટ ગ્લાસ સીવીડી પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર જમા કરવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, પોલિસિલિકોન, મેટલ, મેટલ એલોય, ડાઇલેક્ટ્રિક્સના માળખાકીય પાતળા ફિલ્મ સ્તરો સ્પેસર સ્તર પર જમા થાય છે. ડ્રાય ઇચિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને, માળખાકીય પાતળા ફિલ્મ સ્તરો પેટર્નવાળી હોય છે અને વેટ ઇચિંગનો ઉપયોગ બલિદાન સ્તરને દૂર કરવા માટે કરવામાં આવે છે, જેના પરિણામે કેન્ટીલીવર્સ જેવા ફ્રી-સ્ટેન્ડિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ થાય છે. કેટલીક ડિઝાઇનને ઉત્પાદનોમાં ફેરવવા માટે બલ્ક અને સરફેસ માઇક્રોમશીનિંગ તકનીકોના સંયોજનોનો ઉપયોગ પણ શક્ય છે. ઉપરોક્ત બે તકનીકોના સંયોજનનો ઉપયોગ કરીને માઇક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ માટે યોગ્ય વિશિષ્ટ ઉત્પાદનો:

 

- સબમિલીમેટ્રિક કદના માઇક્રોલેમ્પ્સ (0.1 મીમી કદના ક્રમમાં)

 

- પ્રેશર સેન્સર્સ

 

- માઇક્રોપમ્પ્સ

 

- માઇક્રોમોટર્સ

 

- એક્ટ્યુએટર્સ

 

- સૂક્ષ્મ પ્રવાહી-પ્રવાહ ઉપકરણો

 

કેટલીકવાર, ઉચ્ચ વર્ટિકલ સ્ટ્રક્ચર્સ મેળવવા માટે, માઇક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ મોટા ફ્લેટ સ્ટ્રક્ચર્સ પર આડી રીતે કરવામાં આવે છે અને પછી પ્રોબ્સ સાથે સેન્ટ્રીફ્યુજીંગ અથવા માઇક્રોએસેમ્બલી જેવી તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને સ્ટ્રક્ચર્સને એક સીધી સ્થિતિમાં ફેરવવામાં આવે છે અથવા ફોલ્ડ કરવામાં આવે છે. છતાં સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોનમાં સિલિકોન ફ્યુઝન બોન્ડિંગ અને ડીપ રિએક્ટિવ આયન એચિંગનો ઉપયોગ કરીને ખૂબ જ ઊંચી રચનાઓ મેળવી શકાય છે. ડીપ રિએક્ટિવ આયન ઈચિંગ (DRIE) માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયા બે અલગ-અલગ વેફર્સ પર હાથ ધરવામાં આવે છે, પછી સંરેખિત અને ફ્યુઝન બોન્ડ કરવામાં આવે છે જેથી ખૂબ જ ઊંચી રચનાઓ ઉત્પન્ન થાય જે અન્યથા અશક્ય હશે.

 

 

 

LIGA માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયાઓ: LIGA પ્રક્રિયા એક્સ-રે લિથોગ્રાફી, ઈલેક્ટ્રોડિપોઝિશન, મોલ્ડિંગને જોડે છે અને સામાન્ય રીતે નીચેના પગલાંનો સમાવેશ કરે છે:

 

 

 

1. કેટલાક સેંકડો માઈક્રોન જાડા પોલિમેથાઈલમેટાક્રીલેટ (PMMA) પ્રતિકાર સ્તર પ્રાથમિક સબસ્ટ્રેટ પર જમા થાય છે.

 

2. પીએમએમએ કોલિમેટેડ એક્સ-રેનો ઉપયોગ કરીને વિકસાવવામાં આવે છે.

 

3. ધાતુ પ્રાથમિક સબસ્ટ્રેટ પર ઇલેક્ટ્રોડપોઝીટ થાય છે.

 

4. PMMA છીનવાઈ જાય છે અને ફ્રીસ્ટેન્ડિંગ મેટલ સ્ટ્રક્ચર રહે છે.

 

5. અમે બાકીના મેટલ સ્ટ્રક્ચરનો ઉપયોગ મોલ્ડ તરીકે કરીએ છીએ અને પ્લાસ્ટિકના ઇન્જેક્શન મોલ્ડિંગ કરીએ છીએ.

 

 

 

જો તમે ઉપરોક્ત મૂળભૂત પાંચ પગલાંઓનું વિશ્લેષણ કરો છો, તો LIGA માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ/માઈક્રોમેચિનિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને અમે મેળવી શકીએ છીએ:

 

 

 

- ફ્રીસ્ટેન્ડિંગ મેટલ સ્ટ્રક્ચર્સ

 

- ઈન્જેક્શન મોલ્ડેડ પ્લાસ્ટિક સ્ટ્રક્ચર્સ

 

- ખાલી તરીકે ઈન્જેક્શન મોલ્ડેડ સ્ટ્રક્ચરનો ઉપયોગ કરીને અમે કાસ્ટ મેટલ પાર્ટ્સ અથવા સ્લિપ-કાસ્ટ સિરામિક ભાગોમાં રોકાણ કરી શકીએ છીએ.

 

 

 

LIGA માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ/માઈક્રોમશીનિંગ પ્રક્રિયાઓ સમય માંગી લે તેવી અને ખર્ચાળ છે. જો કે LIGA માઇક્રોમશીનિંગ આ સબમાઇક્રોન ચોકસાઇ મોલ્ડનું ઉત્પાદન કરે છે જેનો ઉપયોગ વિશિષ્ટ ફાયદાઓ સાથે ઇચ્છિત માળખાની નકલ કરવા માટે કરી શકાય છે. LIGA માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગનો ઉપયોગ ઉદાહરણ તરીકે રેર-અર્થ પાઉડરમાંથી ખૂબ જ મજબૂત લઘુચિત્ર ચુંબક બનાવવા માટે થઈ શકે છે. દુર્લભ-પૃથ્વીના પાવડરને ઇપોક્સી બાઈન્ડર સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે અને PMMA મોલ્ડમાં દબાવવામાં આવે છે, ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ મટાડવામાં આવે છે, મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્ર હેઠળ ચુંબકીકરણ કરવામાં આવે છે અને અંતે PMMA નાના મજબૂત દુર્લભ-પૃથ્વી ચુંબકોને છોડીને ઓગળી જાય છે જે અજાયબીઓમાંનું એક છે. માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ / માઈક્રોમશીનિંગ. અમે વેફર-સ્કેલ ડિફ્યુઝન બોન્ડિંગ દ્વારા મલ્ટિલેવલ MEMS માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ/માઈક્રોમશિનીંગ ટેકનિક વિકસાવવામાં પણ સક્ષમ છીએ. મૂળભૂત રીતે અમે બેચ ડિફ્યુઝન બોન્ડિંગ અને રિલીઝ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને MEMS ઉપકરણોમાં ઓવરહેંગિંગ ભૂમિતિઓ ધરાવી શકીએ છીએ. ઉદાહરણ તરીકે અમે બે PMMA પેટર્નવાળી અને ઈલેક્ટ્રોફોર્મ્ડ સ્તરો તૈયાર કરીએ છીએ જેમાં PMMA પછીથી બહાર પાડવામાં આવે છે. આગળ, વેફરને ગાઈડ પિન સાથે સામસામે ગોઠવવામાં આવે છે અને હોટ પ્રેસમાં એકસાથે ફિટ દબાવો. એક સબસ્ટ્રેટ પરના બલિદાન સ્તરને દૂર કરવામાં આવે છે જેના પરિણામે એક સ્તર બીજા સાથે જોડાયેલું હોય છે. વિવિધ જટિલ મલ્ટિલેયર સ્ટ્રક્ચર્સના ફેબ્રિકેશન માટે અન્ય નોન-LIGA આધારિત માઇક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ તકનીકો પણ અમને ઉપલબ્ધ છે.

 

 

 

સોલિડ ફ્રીફોર્મ માઇક્રોફેબ્રિકેશન પ્રક્રિયાઓ: ઝડપી પ્રોટોટાઇપિંગ માટે એડિટિવ માઇક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગનો ઉપયોગ થાય છે. જટિલ 3D સ્ટ્રક્ચર આ માઇક્રોમશીનિંગ પદ્ધતિ દ્વારા મેળવી શકાય છે અને સામગ્રીને દૂર કરવામાં આવતી નથી. માઇક્રોસ્ટેરીઓલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા પ્રવાહી થર્મોસેટિંગ પોલિમર, ફોટોઇનિશિએટર અને 1 માઇક્રોન જેટલા નાના વ્યાસ અને લગભગ 10 માઇક્રોનની સ્તરની જાડાઈના અત્યંત કેન્દ્રિત લેસર સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરે છે. જોકે આ માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ ટેકનિક નોન-કન્ડક્ટિંગ પોલિમર સ્ટ્રક્ચર્સના ઉત્પાદન સુધી મર્યાદિત છે. અન્ય માઇક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ પદ્ધતિ, જેમ કે "ઇન્સ્ટન્ટ માસ્કિંગ" અથવા "ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ફેબ્રિકેશન" અથવા EFAB તરીકે પણ ઓળખાય છે તેમાં ફોટોલિથોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને ઇલાસ્ટોમેરિક માસ્કનું ઉત્પાદન સામેલ છે. પછી માસ્કને ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન બાથમાં સબસ્ટ્રેટની સામે દબાવવામાં આવે છે જેથી ઇલાસ્ટોમર સબસ્ટ્રેટને અનુરૂપ બને અને સંપર્ક વિસ્તારોમાં પ્લેટિંગ સોલ્યુશનને બાકાત રાખે. જે વિસ્તારો માસ્ક કરેલા નથી તે માસ્કની મિરર ઇમેજ તરીકે ઇલેક્ટ્રોડપોઝિટ થાય છે. બલિદાન ફિલરનો ઉપયોગ કરીને, જટિલ 3D આકાર માઇક્રોફેબ્રિકેટેડ છે. આ "ઇન્સ્ટન્ટ માસ્કીંગ" માઈક્રોમેન્યુફેક્ચરિંગ/માઈક્રોમશીનિંગ પદ્ધતિ ઓવરહેંગ્સ, કમાનો... વગેરેનું ઉત્પાદન કરવાનું પણ શક્ય બનાવે છે.