Microscale Manufacturing / Micromanufacturing / Micromachining / 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. Кейде микроөндірілген өнімнің жалпы өлшемдері үлкенірек болуы мүмкін, бірақ біз әлі де осы терминді қолданылатын принциптер мен процестерге сілтеме жасау үшін пайдаланамыз. Біз құрылғылардың келесі түрлерін жасау үшін микроөндіріс тәсілін қолданамыз:

 

 

 

Микроэлектрондық құрылғылар: Типтік мысалдар электрлік және электронды принциптерге негізделген жартылай өткізгіш микросхемалар болып табылады.

 

Микромеханикалық құрылғылар: Бұл өте кішкентай тісті доңғалақтар мен топсалар сияқты таза механикалық сипаттағы өнімдер.

 

Микроэлектромеханикалық құрылғылар: Біз механикалық, электрлік және электронды элементтерді өте кішкентай ұзындықтағы шкалаларда біріктіру үшін микроөндіріс әдістерін қолданамыз. Біздің сенсорларымыздың көпшілігі осы санатқа жатады.

 

Микроэлектромеханикалық жүйелер (MEMS): Бұл микроэлектромеханикалық құрылғылар сонымен қатар бір өнімде біріктірілген электр жүйесін қамтиды. Осы санаттағы біздің танымал коммерциялық өнімдеріміз - MEMS акселерометрлері, қауіпсіздік жастықшалары сенсорлары және сандық микроайна құрылғылары.

 

 

 

Жасалатын өнімге байланысты біз келесі негізгі микроөндіріс әдістерінің бірін қолданамыз:

 

ЖАЛПЫ МИКРОМЕХИНИНГ: Бұл бір кристалды кремнийде бағдарға тәуелді сызбаларды қолданатын салыстырмалы түрде ескі әдіс. Жаппай микроөңдеу тәсілі қажетті құрылымды қалыптастыру үшін бетке түсіруге және белгілі бір кристалды беттерге, легирленген аймақтарға және тегістелетін пленкаларға тоқтауға негізделген. Жаппай микроөңдеу техникасын пайдалана отырып, біз микроөндіруге қабілетті типтік өнімдер:

 

- Кішкентай консольдер

 

- оптикалық талшықтарды туралау және бекіту үшін кремнийдегі V-тоғайлар.

 

БЕТТЕРДІ МИКРО ӨҢДЕУ: Өкінішке орай, көлемді микроөңдеу бір кристалды материалдармен шектеледі, өйткені поликристалды материалдар дымқыл еріткіштерді пайдаланып әртүрлі бағытта әртүрлі жылдамдықпен өңделмейді. Сондықтан беттік микроөңдеу көлемді микро өңдеуге балама ретінде ерекшеленеді. Фосфосиликат әйнек сияқты аралық немесе құрбандық қабаты кремний субстратына CVD процесі арқылы қойылады. Жалпы айтқанда, полисилицийдің, металдың, металл қорытпаларының, диэлектриктердің құрылымдық жұқа пленка қабаттары аралық қабатқа түседі. Құрғақ сырлау әдістерін қолдана отырып, құрылымдық жұқа қабықша қабаттары өрнектеледі және құрбандық қабатын алып тастау үшін дымқыл оюлау қолданылады, осылайша консоль тәрізді бос тұрған құрылымдар пайда болады. Сондай-ақ, кейбір конструкцияларды өнімге айналдыру үшін көлемді және беттік микроөңдеу әдістерінің комбинацияларын пайдалану мүмкін. Жоғарыда аталған екі техниканың комбинациясын пайдалана отырып, микроөндіріске жарамды типтік өнімдер:

 

- субмилиметриялық өлшемді микролампалар (өлшемі 0,1 мм ретімен)

 

- Қысым сенсорлары

 

- Микросорғылар

 

- Микромоторлар

 

- жетектер

 

- микросұйықтықты ағынды құрылғылар

 

Кейде жоғары тік құрылымдарды алу үшін үлкен тегіс құрылымдарда көлденеңінен микроөндіріс орындалады, содан кейін құрылымдар центрифугалау немесе зондтармен микрожинақтау сияқты әдістерді қолдана отырып, тік күйге айналдырылады немесе бүктеледі. Бір кристалды кремнийде кремнийді біріктіру және терең реактивті ионды ою арқылы өте биік құрылымдарды алуға болады. Терең реактивті ионды өңдеу (DRIE) микроөндіріс процесі екі бөлек пластинада жүзеге асырылады, содан кейін теңестіріледі және басқаша мүмкін болмайтын өте биік құрылымдарды алу үшін біріктіріледі.

 

 

 

LIGA МИКРОӨНДІРІС ПРОЦЕССТЕРІ: LIGA процесі рентгендік литографияны, электродепозицияны, қалыптауды біріктіреді және әдетте келесі қадамдарды қамтиды:

 

 

 

1. Бастапқы субстратқа қалыңдығы бірнеше жүздеген микрон полиметилметакрилат (PMMA) резистенттік қабаты қойылады.

 

2. ПММА коллимирленген рентген сәулелерін қолдану арқылы жасалған.

 

3. Металл бастапқы негізге электродпен тұндырылады.

 

4. PMMA аршылады және дербес металл құрылымы қалады.

 

5. Қалған металл құрылымын қалып ретінде қолданамыз және пластмассадан бүркумен қалыптауды орындаймыз.

 

 

 

Жоғарыдағы негізгі бес қадамды талдасаңыз, LIGA микроөндіріс / микро өңдеу әдістерін пайдалана отырып, біз мыналарды аламыз:

 

 

 

- дербес металл конструкциялар

 

- Инъекциялық құйылған пластик құрылымдар

 

- Инъекциялық құйылған құрылымды дайындама ретінде пайдалана отырып, біз құйылған металл бөлшектерді немесе сырғанау керамикалық бөлшектерді инвестициялай аламыз.

 

 

 

LIGA микроөндіріс/микроөңдеу процестері көп уақытты қажет етеді және қымбатқа түседі. Дегенмен LIGA микроөңдеу осы микроннан төмен дәлдіктегі қалыптарды шығарады, олар қажетті құрылымдарды айқын артықшылықтармен көшіру үшін қолданылады. LIGA микроөндірісін, мысалы, сирек кездесетін ұнтақтардан өте күшті миниатюралық магниттер жасау үшін пайдалануға болады. Сирек жер ұнтақтары эпоксидті байланыстырғышпен араласады және PMMA пішініне престеледі, жоғары қысыммен өңделеді, күшті магнит өрістері астында магниттеледі және ақырында PMMA ерітіледі, бұл кереметтердің бірі болып табылатын кішкентай күшті сирек жер магниттерін қалдырады. микроөндіріс / микроөңдеу. Біз сондай-ақ пластинка масштабындағы диффузиялық байланыстыру арқылы көп деңгейлі MEMS микроөндіріс / микро өңдеу әдістерін жасай аламыз. Негізінен MEMS құрылғыларында пакеттік диффузиялық байланыстыру және босату процедурасы арқылы асқын геометриялар болуы мүмкін. Мысалы, біз кейіннен шығарылған PMMA бар екі PMMA өрнегі бар және электроформаланған қабаттарды дайындаймыз. Әрі қарай, пластиналар бағыттаушы түйреуіштермен бетпе-бет тураланады және ыстық прессте бір-біріне сәйкес келеді. Субстраттардың біріндегі құрбандық қабаты жойылады, нәтижесінде қабаттардың біреуі екіншісіне жабысады. LIGA негізіндегі басқа микроөндіріс әдістері де әртүрлі күрделі көп қабатты құрылымдарды жасау үшін қол жетімді.

 

 

 

ҚАТТЫ ТЕГІН МИКРОФАБРИКАЛЫҚ ПРОЦЕССТЕР: Қосымша микроөндіру жылдам прототиптеу үшін қолданылады. Күрделі 3D құрылымдарын осы микроөңдеу әдісімен алуға болады және ешқандай материалды алып тастау орын алмайды. Микростереолитография процесі сұйық термореактивті полимерлерді, фотобастаушыны және диаметрі 1 микронға дейін және қабат қалыңдығы шамамен 10 микронға дейін жоғары бағытталған лазер көзін пайдаланады. Бұл микроөндіріс әдісі, алайда, өткізбейтін полимер құрылымдарын өндірумен шектеледі. Микроөндірістің тағы бір әдісі, атап айтқанда «лезде бүркемелеу» немесе «электрохимиялық өндіріс» немесе EFAB деп те белгілі фотолитография көмегімен эластомерлік маска жасауды қамтиды. Содан кейін эластомер субстратқа сәйкес келетін және жанасу аймақтарында жабын ерітіндісін алып тастайтындай етіп, маска электродпозиция ваннасында субстратқа басылады. Маскаланбаған аймақтар масканың айнадағы бейнесі ретінде электродепозитирленген. Құрбандық толтырғышты қолдану арқылы күрделі 3D пішіндері микрофабрикаланады. Бұл «лезде бүркемелеу» микроөндіріс/микроөңдеу әдісі сонымен қатар үстемелерді, аркаларды және т.б. жасауға мүмкіндік береді.