ייצור בקנה מידה מיקרו / ייצור מיקרו / עיבוד מיקרו / 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. לפעמים הממדים הכוללים של מוצר מייצר מיקרו עשויים להיות גדולים יותר, אך אנו עדיין משתמשים במונח זה כדי להתייחס לעקרונות ולתהליכים המעורבים. אנו משתמשים בגישת המיקרו-ייצור כדי לייצר את סוגי המכשירים הבאים:

 

 

 

התקנים מיקרואלקטרוניים: דוגמאות אופייניות הן שבבי מוליכים למחצה הפועלים על בסיס עקרונות חשמליים ואלקטרוניים.

 

מכשירים מיקרו-מכניים: אלו מוצרים שהם מכניים בלבד באופיים כגון גלגלי שיניים וצירים קטנים מאוד.

 

התקנים מיקרו-אלקטרו-מכניים: אנו משתמשים בטכניקות מיקרו-ייצור כדי לשלב אלמנטים מכניים, חשמליים ואלקטרוניים בקנה מידה קטן מאוד. רוב החיישנים שלנו נמצאים בקטגוריה זו.

 

מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS): מכשירים מיקרו-אלקטרו-מכניים אלה משלבים גם מערכת חשמלית משולבת במוצר אחד. המוצרים המסחריים הפופולריים שלנו בקטגוריה זו הם מדי תאוצה MEMS, חיישני כריות אוויר ומכשירי מיקרו מראה דיגיטליים.

 

 

 

בהתאם למוצר המיועד, אנו פורסים אחת משיטות הייצור העיקריות הבאות:

 

MICROMACHINING בכמות גדולה: זוהי שיטה ישנה יחסית המשתמשת בתחריט תלויי כיוון על סיליקון חד גביש. גישת המיקרו-עיבוד בתפזורת מבוססת על צריבה לתוך משטח, ועצירה על פני גבישים מסוימים, אזורים מסוממים וסרטים הניתנים לחריטה כדי ליצור את המבנה הנדרש. מוצרים אופייניים שאנו מסוגלים לייצר מיקרו באמצעות טכניקת מיקרו-עיבוד בתפזורת הם:

 

- שלוחות זעירות

 

- חורשות V בסיליקון ליישור וקיבוע סיבים אופטיים.

 

עיבוד מיקרו-משטח: למרבה הצער, עיבוד מיקרו-מכונה בתפזורת מוגבל לחומרים חד-גבישיים, מכיוון שחומרים רב גבישיים לא יעבדו בקצבים שונים בכיוונים שונים באמצעות תחריטים רטובים. לכן עיבוד מיקרו משטח בולט כחלופה לעיבוד מיקרו בכמויות גדולות. מרווח או שכבת קורבן כגון זכוכית פוספוסיליקט מופקדת באמצעות תהליך CVD על מצע סיליקון. באופן כללי, שכבות סרט דק מבניות של פוליסיליקון, מתכת, סגסוגות מתכת, דיאלקטריות מופקדות על שכבת המרווח. באמצעות טכניקות תחריט יבשות, שכבות הסרט הדק המבני מעוצבות בדוגמא, וחריטה רטובה משמשת להסרת שכבת ההקרבה, ובכך מתקבלת מבנים עצמאיים כגון שלוחים. אפשרי גם שימוש בשילובים של טכניקות מיקרו-עיבוד בכמות גדולה ומשטח להפיכת עיצובים מסוימים למוצרים. מוצרים אופייניים המתאימים לייצור מיקרו בשילוב של שתי הטכניקות לעיל:

 

- מיקרו מנורות בגודל תת-מילימטרי (בסדר גודל 0.1 מ"מ)

 

- חיישני לחץ

 

- מיקרו משאבות

 

- מיקרו-מנועים

 

- מפעילים

 

- התקני זרימת מיקרו נוזלים

 

לעיתים, על מנת להשיג מבנים אנכיים גבוהים, מיקרוייצור מתבצע על מבנים שטוחים גדולים בצורה אופקית ולאחר מכן מסובבים או מקפלים את המבנים למצב זקוף באמצעות טכניקות כמו צנטריפוגה או מיקרו-הרכבה עם בדיקות. עם זאת, ניתן להשיג מבנים גבוהים מאוד בסיליקון גבישי יחיד באמצעות חיבור היתוך סיליקון וחריטת יונים תגובתית עמוקה. תהליך ייצור מיקרו של Deep Reactive Ion Etching (DRIE) מבוצע על שני פרוסות נפרדות, ולאחר מכן מיושרים ומתלכדים כדי לייצר מבנים גבוהים מאוד שאחרת היו בלתי אפשריים.

 

 

 

תהליכי ייצור LIGA MICROMANFACTURING: תהליך LIGA משלב ליתוגרפיה של קרני רנטגן, שיקוע אלקטרודה, דפוס ובאופן כללי כולל את השלבים הבאים:

 

 

 

1. שכבת התנגדות עבה של כמה מאות מיקרונים פולימתיל-מטקרילט (PMMA) מופקדת על המצע הראשוני.

 

2. ה-PMMA פותח באמצעות קרני רנטגן משולבות.

 

3. מתכת מופקדת על גבי המצע העיקרי.

 

4. PMMA מופשט ונשאר מבנה מתכת עצמאי.

 

5. אנו משתמשים במבנה המתכת הנותר כתבנית ומבצעים הזרקה של פלסטיק.

 

 

 

אם תנתח את חמשת השלבים הבסיסיים לעיל, באמצעות טכניקות המיקרו-ייצור / מיקרו-עיבוד של LIGA נוכל להשיג:

 

 

 

- מבני מתכת עצמאיים

 

- מבני פלסטיק בהזרקה

 

- באמצעות מבנה יצוק בהזרקה כריק נוכל להשקיע חלקי מתכת יצוקים או חלקי קרמיקה יצוקים.

 

 

 

תהליכי המיקרו-ייצור / מיקרו-עיבוד של LIGA גוזלים זמן ויקרים. עם זאת, LIGA micromachining מייצרת תבניות דיוק תת-מיקרון אלה שניתן להשתמש בהן כדי לשכפל את המבנים הרצויים עם יתרונות ברורים. ניתן להשתמש בייצור מיקרו של LIGA למשל לייצור מגנטים מיניאטוריים חזקים מאוד מאבקות אדמה נדירה. אבקות כדור הארץ הנדירות מעורבבות עם קלסר אפוקסי ונלחצות לתבנית ה-PMMA, מתרפאות בלחץ גבוה, מתמגנטות תחת שדות מגנטיים חזקים ולבסוף ה-PMMA מומסת ומשאירה מאחור את מגנטי אדמה נדירים הזעירים והחזקים שהם אחד מפלאי הפלא של מיקרו ייצור / מיקרו עיבוד. אנו מסוגלים גם לפתח טכניקות מיקרו-ייצור / מיקרו-עיבוד MEMS מרובות רמות באמצעות חיבור דיפוזיה בקנה מידה של רקיק. ביסודו של דבר, אנחנו יכולים לקבל גיאומטריות תלויות בתוך התקני MEMS, באמצעות הליך דיפוזיה אצווה מליטה ושחרור. לדוגמה, אנו מכינים שתי שכבות בדוגמת PMMA ומעוצבות אלקטרו, כאשר ה-PMMA משוחרר לאחר מכן. לאחר מכן, הפרוסים מיושרים פנים אל פנים עם סיכות מנחה והתאמה בלחיצה חמה. שכבת ההקרבה על אחד מהמצעים נחרטת מה שגורם לכך שאחת השכבות נקשרה לשניה. טכניקות מיקרו-ייצור אחרות שאינן מבוססות LIGA זמינות לנו גם לייצור של מבנים רב-שכבתיים מורכבים שונים.

 

 

 

תהליכי ייצור מוצק בפורמט חופשי: מיקרו ייצור תוסף משמש לייצור אב טיפוס מהיר. ניתן להשיג מבנים תלת מימדיים מורכבים בשיטת מיקרו-עיבוד זו ולא מתבצעת הסרת חומר. תהליך המיקרו-סטריאוליתוגרפיה משתמש בפולימרים תרמוסיבים נוזליים, פוטו-ייזר ומקור לייזר ממוקד מאוד לקוטר קטן כמו 1 מיקרון ועובי שכבה של כ-10 מיקרון. עם זאת, טכניקת מיקרו-ייצור זו מוגבלת לייצור של מבני פולימר לא מוליכים. שיטת מיקרו-ייצור נוספת, כלומר "מיסוך מיידי" או המכונה גם "ייצור אלקטרוכימי" או EFAB כוללת ייצור של מסכה אלסטורית באמצעות פוטוליטוגרפיה. לאחר מכן, המסכה נלחצת כנגד המצע באמבטיית אלקטומר, כך שהאלסטומר יתאים למצע ואינו כולל תמיסת ציפוי באזורי מגע. אזורים שאינם מוסווים מופקדים באלקטרונית כתמונת המראה של המסכה. באמצעות מילוי קורבן, צורות תלת מימד מורכבות מיוצרות במיקרו. שיטת מיקרו-ייצור / עיבוד מיקרו "מיסוך מיידי" זו מאפשרת גם לייצר תולים, קשתות וכו'.