微細加工 / 微細加工 / 微細加工 / 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.マイクロマニュファクチャリング製品の全体的な寸法が大きくなる場合もありますが、この用語は、関連する原則とプロセスを指すために使用しています。マイクロマニュファクチャリング アプローチを使用して、次のタイプのデバイスを作成します。

 

 

 

マイクロ電子デバイス: 典型的な例は、電気および電子の原理に基づいて機能する半導体チップです。

 

マイクロメカニカル デバイス: これらは、非常に小さなギアやヒンジなど、本質的に純粋に機械的な製品です。

 

Microelectromechanical Devices: マイクロマニュファクチャリング技術を使用して、機械要素、電気要素、および電子要素を非常に短いスケールで組み合わせます。当社のセンサーのほとんどは、このカテゴリに属しています。

 

微小電気機械システム (MEMS): これらの微小電気機械デバイスには、1 つの製品に統合された電気システムも組み込まれています。このカテゴリで人気のある商用製品は、MEMS 加速度計、エアバッグ センサー、デジタル マイクロミラー デバイスです。

 

 

 

製造する製品に応じて、次の主要なマイクロ製造方法のいずれかを展開します。

 

BULK MICROMACHINING: これは比較的古い方法で、単結晶シリコンに方向依存のエッチングを使用します。バルク マイクロマシニング アプローチは、表面までエッチングし、特定の結晶面、ドープ領域、およびエッチング可能な膜で停止して、必要な構造を形成することに基づいています。バルク マイクロマシニング技術を使用したマイクロマニュファクチャリングが可能な代表的な製品は次のとおりです。

 

- 小さなカンチレバー

 

- 光ファイバーの位置合わせと固定のためのシリコン製 V 溝。

 

表面微細加工: 残念ながら、バルク微細加工は単結晶材料に限定されています。これは、多結晶材料はウェット エッチング液を使用して異なる方向に異なる速度で加工できないためです。したがって、表面マイクロマシニングは、バルク マイクロマシニングに代わるものとして際立っています。ホスホシリケートガラスなどのスペーサまたは犠牲層は、シリコン基板上に CVD プロセスを使用して堆積されます。一般的に言えば、ポリシリコン、金属、金属合金、誘電体の構造薄膜層がスペーサ層上に堆積される。ドライ エッチング技術を使用して構造薄膜層をパターン化し、ウェット エッチングを使用して犠牲層を除去することにより、カンチレバーなどの自立構造が得られます。また、一部の設計を製品に変えるために、バルクおよび表面マイクロマシニング技術を組み合わせて使用することも可能です。上記の 2 つの技術の組み合わせを使用した微細加工に適した代表的な製品:

 

・サブミリサイズのマイクロランプ（0.1mmオーダー）

 

- 圧力センサー

 

- マイクロポンプ

 

- マイクロモーター

 

- アクチュエータ

 

- マイクロ流体流動装置

 

時には、高い垂直構造を得るために、マイクロマニュファクチャリングが大きな平らな構造に対して水平に実行され、その後、遠心分離やプローブを使用したマイクロアセンブリなどの技術を使用して、構造が回転または直立位置に折り畳まれます。しかし、シリコン融着と深い反応性イオン エッチングを使用して、単結晶シリコンで非常に背の高い構造を得ることができます。ディープ リアクティブ イオン エッチング (DRIE) マイクロマニュファクチャリング プロセスは、2 枚の別々のウエハー上で実行され、整列および融着されて、他の方法では不可能な非常に高い構造を生成します。

 

 

 

LIGA MICROMANUFACTURING プロセス: LIGA プロセスは、X 線リソグラフィー、電着、成形を組み合わせたもので、一般的に次の手順が含まれます。

 

 

 

1. 数百ミクロンの厚さのポリメチルメタクリレート (PMMA) レジスト層が一次基板上に堆積されます。

 

2. PMMA は、コリメートされた X 線を使用して現像されます。

 

3. 一次基板に金属を電着します。

 

4. PMMA が取り除かれ、独立した金属構造が残ります。

 

5. 残った金属構造を金型として、プラスチックの射出成形を行います。

 

 

 

上記の基本的な 5 つのステップを分析すると、LIGA マイクロマニュファクチャリング/マイクロマシニング技術を使用して、次のことが得られます。

 

 

 

- 自立型金属構造

 

- 射出成形プラスチック構造

 

- 射出成形構造をブランクとして使用して、インベストメント キャスト メタル パーツまたはスリップ キャスト セラミック パーツを使用できます。

 

 

 

LIGA マイクロマニュファクチャリング / マイクロマシニング プロセスは、時間と費用がかかります。しかし、LIGAマイクロマシニングは、これらのサブミクロンの精密金型を製造し、これを使用して、明確な利点を備えた目的の構造を複製できます。 LIGA マイクロマニュファクチャリングは、希土類粉末から非常に強力な小型磁石を製造する場合などに使用できます。希土類粉末はエポキシ結合剤と混合され、PMMA 型に押し付けられ、高圧下で硬化され、強力な磁場の下で磁化され、最終的に PMMA が溶解され、小さな強力な希土類磁石が残ります。マイクロマニュファクチャリング / マイクロマシニング。また、ウェーハスケールの拡散接合によるマルチレベルMEMSマイクロマニュファクチャリング/マイクロマシニング技術の開発も可能です。基本的に、バッチ拡散接合およびリリース手順を使用して、MEMS デバイス内にオーバーハング ジオメトリを作成できます。たとえば、2 つの PMMA パターン化および電鋳層を準備し、その後 PMMA をリリースします。次に、ウェーハをガイドピンで向かい合わせに位置合わせし、ホットプレスで一緒に圧入します。一方の基板上の犠牲層がエッチングで取り除かれ、その結果、一方の層が他方に結合される。他の非 LIGA ベースのマイクロ製造技術も、さまざまな複雑な多層構造の製造に利用できます。

 

 

 

SOLID FREEFORM MICROFABRICATION プロセス: ラピッド プロトタイピングにはアディティブ マイクロマニュファクチャリングが使用されます。複雑な 3D 構造は、このマイクロマシニング法によって得ることができ、材料の除去は行われません。 Microstereolithography プロセスでは、液体の熱硬化性ポリマー、光開始剤、高度に焦点を合わせたレーザー光源を使用して、直径を 1 ミクロン、層の厚さを約 10 ミクロンにします。しかし、このマイクロ製造技術は、非導電性ポリマー構造の製造に限定されています。別のマイクロ製造方法、すなわち「インスタントマスキング」または「電気化学的製造」または EFAB としても知られる方法は、フォトリソグラフィーを使用したエラストマーマスクの製造を伴います。次いで、マスクを電着浴中で基板に押し付けて、エラストマーが基板に適合し、接触領域でメッキ溶液を排除するようにする。マスクされていない領域は、マスクの鏡像として電着されます。犠牲フィラーを使用して、複雑な 3D 形状を微細加工します。この「インスタント マスキング」マイクロマニュファクチャリング/マイクロマシニング法により、オーバーハングやアーチなどの製造も可能になります。