Mikroméretű gyártás / Mikrogyártás / Mikromegmunkálás / 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. Néha a mikrogyártott termékek méretei nagyobbak lehetnek, de továbbra is ezt a kifejezést használjuk az érintett elvekre és folyamatokra. Mikrogyártási megközelítést alkalmazunk a következő típusú készülékek gyártásához:

 

 

 

Mikroelektronikai eszközök: Tipikus példák a félvezető chipek, amelyek elektromos és elektronikus elveken alapulnak.

 

Mikromechanikus eszközök: Ezek tisztán mechanikus termékek, például nagyon kicsi fogaskerekek és csuklópántok.

 

Mikroelektromechanikai eszközök: Mikrogyártási technikákat alkalmazunk a mechanikai, elektromos és elektronikus elemek kombinálására nagyon kis méretekben. A legtöbb érzékelőnk ebbe a kategóriába tartozik.

 

Mikroelektromechanikai rendszerek (MEMS): Ezek a mikroelektromechanikai eszközök egy termékbe integrált elektromos rendszert is tartalmaznak. Népszerű kereskedelmi termékeink ebben a kategóriában a MEMS gyorsulásmérők, légzsák-érzékelők és digitális mikrotükör készülékek.

 

 

 

A gyártandó terméktől függően a következő főbb mikrogyártási módszerek egyikét alkalmazzuk:

 

ÖSSZES MIKROFORMÁZÁS: Ez egy viszonylag régebbi módszer, amely orientációfüggő maratásokat használ egykristályos szilíciumra. A tömeges mikromegmunkálási megközelítés a felületbe maratáson alapul, és bizonyos kristályfelületeken, adalékolt területeken és maratható filmeken megáll a kívánt szerkezet kialakítása érdekében. Tipikus termékek, amelyeket ömlesztett mikromegmunkálási technikával mikrogyártásra képesek vagyunk:

 

- Apró konzolok

 

- V-hornyok szilíciumban az optikai szálak beállításához és rögzítéséhez.

 

FELÜLETI MIKROFORMÁZÁS: Sajnos a tömeges mikromegmunkálás az egykristályos anyagokra korlátozódik, mivel a polikristályos anyagokat nem lehet különböző sebességgel megmunkálni különböző irányokban nedves maratószerekkel. Ezért a felületi mikromegmunkálás a tömeges mikromegmunkálás alternatívájaként tűnik ki. Egy távtartót vagy feláldozó réteget, például foszfoszilikát üveget CVD eljárással visznek fel egy szilícium hordozóra. Általánosságban elmondható, hogy a távtartó rétegre poliszilíciumból, fémből, fémötvözetekből, dielektrikumokból álló szerkezeti vékony filmrétegeket helyeznek fel. Száraz maratási technikákkal a szerkezeti vékonyréteg-rétegeket mintázzák, és nedves maratással távolítják el az áldozati réteget, így szabadon álló szerkezeteket, például konzolokat eredményeznek. Szintén lehetséges az ömlesztett és felületi mikromegmunkálási technikák kombinációi alkalmazása egyes tervek termékké alakítására. Tipikus termékek, amelyek alkalmasak a fenti két technika kombinációjával végzett mikrogyártásra:

 

- Szubmimetrikus méretű mikrolámpák (0,1 mm-es nagyságrendben)

 

- Nyomásérzékelők

 

- Mikroszivattyúk

 

- Mikromotorok

 

- Működtetők

 

- Mikro-fluid-flow eszközök

 

Néha a magas függőleges szerkezetek elérése érdekében mikrogyártást végeznek nagy, lapos szerkezeteken vízszintesen, majd a szerkezeteket elforgatják vagy függőleges helyzetbe hajtják olyan technikák segítségével, mint a centrifugálás vagy a mikroszondákkal történő összeszerelés. Mégis nagyon magas szerkezetek nyerhetők egykristályos szilíciumban szilíciumfúziós kötés és mélyreaktív ionmaratással. A Deep Reactive Ion Etching (DRIE) mikrogyártási folyamatot két külön szeleten hajtják végre, majd egymáshoz igazítják és összeolvasztják, így nagyon magas szerkezeteket állítanak elő, amelyek egyébként lehetetlenek lennének.

 

 

 

LIGA MIKROGYÁRTÁSI FOLYAMATOK: A LIGA eljárás egyesíti a röntgensugaras litográfiát, az elektrodepozíciót, az öntést, és általában a következő lépésekből áll:

 

 

 

1. Néhány száz mikron vastag polimetil-metakrilát (PMMA) ellenálló réteget helyeznek fel az elsődleges hordozóra.

 

2. A PMMA-t kollimált röntgensugárzással fejlesztették ki.

 

3. A fémet elektromosan leválasztják az elsődleges hordozóra.

 

4. A PMMA-t lecsupaszítják, és szabadon álló fémszerkezet marad.

 

5. A megmaradt fémszerkezetet öntőformaként használjuk és műanyagok fröccsöntését végezzük.

 

 

 

Ha elemzi a fenti öt alapvető lépést, a LIGA mikrogyártási/mikromegmunkálási technikák segítségével a következőket kaphatjuk:

 

 

 

- Szabadon álló fémszerkezetek

 

- Fröccsöntött műanyag szerkezetek

 

- Üres fröccsöntött szerkezettel öntött fém alkatrészeket vagy öntött kerámia alkatrészeket fektethetünk be.

 

 

 

A LIGA mikrogyártási/mikromegmunkálási folyamatai időigényesek és drágák. A LIGA mikromegmunkálás azonban előállítja ezeket a szubmikronos precíziós formákat, amelyek segítségével a kívánt szerkezetek megismételhetők, kifejezett előnyökkel. A LIGA mikrogyártás felhasználható például nagyon erős miniatűr mágnesek előállítására ritkaföldfém-porokból. A ritkaföldfém porokat epoxi kötőanyaggal összekeverik és a PMMA formához préselik, nagy nyomáson kikeményítik, erős mágneses mezők hatására mágnesezik, végül a PMMA feloldódik, hátrahagyva az apró, erős ritkaföldfém mágneseket, amelyek a PMMA egyik csodája. mikrogyártás / mikromegmunkálás. Többszintű MEMS mikrogyártási/mikromegmunkálási technikák fejlesztésére is képesek vagyunk ostyaléptékű diffúziós kötés révén. Alapvetően a MEMS eszközökön belül létezhetnek túlnyúló geometriák, kötegelt diffúziós kötési és elengedési eljárással. Például két PMMA-mintás és elektroformázott réteget készítünk, majd a PMMA-t ezt követően felszabadítjuk. Ezután az ostyákat egymáshoz igazítjuk vezetőcsapokkal, és forró présben egymáshoz nyomjuk. Az egyik szubsztrátumon az áldozati réteget lemarják, ami azt eredményezi, hogy az egyik réteg a másikhoz tapad. Más, nem LIGA alapú mikrogyártási technikák is állnak rendelkezésünkre különféle összetett többrétegű szerkezetek gyártásához.

 

 

 

SZILÁRD SZABADFORM MIKROGYÁRTÁSI FOLYAMATOK: A gyors prototípuskészítéshez additív mikrogyártást alkalmaznak. Ezzel a mikromegmunkálási módszerrel összetett 3D struktúrák állíthatók elő, és nem történik anyageltávolítás. A mikrosztereolitográfiai eljárás folyékony hőre keményedő polimereket, fotoiniciátort és erősen fókuszált lézerforrást használ 1 mikron átmérőig és körülbelül 10 mikron rétegvastagságig. Ez a mikrogyártási technika azonban a nem vezető polimer szerkezetek előállítására korlátozódik. Egy másik mikrogyártási módszer, nevezetesen az „azonnali maszkolás”, vagy más néven „elektrokémiai gyártás” vagy EFAB, egy elasztomer maszk előállítását foglalja magában fotolitográfiával. A maszkot ezután a szubsztrátumhoz nyomják egy elektrodepozíciós fürdőben úgy, hogy az elasztomer illeszkedjen a hordozóhoz, és kizárja a bevonóoldatot az érintkezési területeken. A nem maszkolt területek a maszk tükörképeként kerülnek lerakásra. Feláldozható töltőanyag segítségével összetett 3D-s formákat mikrogyártnak. Ez az „azonnali maszkolás” mikrogyártási / mikromegmunkálási módszer lehetővé teszi túlnyúlások, ívek stb.