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. 때로는 미세 제조 제품의 전체 치수가 더 클 수 있지만 우리는 여전히 이 용어를 관련된 원칙과 프로세스를 지칭하는 데 사용합니다. 우리는 미세 제조 접근 방식을 사용하여 다음 유형의 장치를 만듭니다.

 

 

 

마이크로 전자 장치: 일반적인 예는 전기 및 전자 원리를 기반으로 작동하는 반도체 칩입니다.

 

Micromechanical Devices: 이것은 매우 작은 기어 및 경첩과 같이 본질적으로 순전히 기계적인 제품입니다.

 

미세 전자 기계 장치: 우리는 미세 제조 기술을 사용하여 기계, 전기 및 전자 요소를 매우 작은 길이로 결합합니다. 대부분의 센서가 이 범주에 속합니다.

 

MEMS(Microelectromechanical Systems): 이 마이크로 전자 기계 장치는 또한 하나의 제품에 통합된 전기 시스템을 통합합니다. 이 범주의 인기 있는 상용 제품은 MEMS 가속도계, 에어백 센서 및 디지털 마이크로미러 장치입니다.

 

 

 

제조할 제품에 따라 다음 주요 미세 제조 방법 중 하나를 배포합니다.

 

BULK MICROMACHINING: 이것은 단결정 실리콘에 방향 종속 에칭을 사용하는 비교적 오래된 방법입니다. 벌크 미세 가공 접근 방식은 표면으로 에칭하고 특정 결정면, 도핑된 영역 및 에칭 가능한 필름에서 정지하여 필요한 구조를 형성하는 것을 기반으로 합니다. 벌크 미세 가공 기술을 사용하여 미세 제조할 수 있는 일반적인 제품은 다음과 같습니다.

 

- 작은 캔틸레버

 

- 광섬유의 정렬 및 고정을 위한 실리콘 V-그로브.

 

표면 미세 가공: 불행히도 벌크 미세 가공은 단결정 재료로 제한됩니다. 다결정 재료는 습식 에칭제를 사용하여 다른 방향으로 다른 속도로 가공되지 않기 때문입니다. 따라서 표면 미세가공은 벌크 미세가공의 대안으로 두드러집니다. 인규산염 유리와 같은 스페이서 또는 희생층은 CVD 공정을 사용하여 실리콘 기판에 증착됩니다. 일반적으로 폴리실리콘, 금속, 금속 합금, 유전체의 구조적 박막 층이 스페이서 층에 증착됩니다. 건식 에칭 기술을 사용하여 구조적 박막 층을 패턴화하고 습식 에칭을 사용하여 희생 층을 제거함으로써 캔틸레버와 같은 독립 구조를 생성합니다. 또한 일부 설계를 제품으로 전환하기 위해 벌크 및 표면 미세 가공 기술의 조합을 사용하는 것도 가능합니다. 위의 두 기술을 조합하여 미세 제조에 적합한 일반적인 제품:

 

- 서브밀리메트릭 사이즈 마이크로램프(0.1mm 사이즈 오더)

 

- 압력 센서

 

- 마이크로 펌프

 

- 마이크로 모터

 

- 액추에이터

 

- 미세유체유동장치

 

때로는 높은 수직 구조를 얻기 위해 수평으로 큰 평면 구조에서 미세 제조를 수행한 다음 원심 분리 또는 프로브를 사용한 미세 조립과 같은 기술을 사용하여 구조를 회전하거나 수직 위치로 접습니다. 그러나 실리콘 융합 결합과 깊은 반응성 이온 에칭을 사용하여 단결정 실리콘에서 매우 높은 구조를 얻을 수 있습니다. DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 미세 제조 공정은 두 개의 개별 웨이퍼에서 수행된 다음 정렬 및 융합 결합되어 그렇지 않으면 불가능한 매우 높은 구조를 생성합니다.

 

 

 

LIGA 마이크로 제조 공정: LIGA 공정은 X선 리소그래피, 전착, 성형을 결합하며 일반적으로 다음 단계를 포함합니다.

 

 

 

1. 수백 미크론 두께의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 레지스트 층이 기본 기판에 증착됩니다.

 

2. PMMA는 시준된 X선을 사용하여 개발됩니다.

 

3. 1차 기판에 금속을 전착합니다.

 

4. PMMA가 벗겨지고 독립된 금속 구조가 남습니다.

 

5. 나머지 금속 구조물을 금형으로 사용하여 플라스틱 사출 성형을 수행합니다.

 

 

 

위의 기본 5단계를 LIGA 미세 제조 / 미세 가공 기술을 사용하여 분석하면 다음을 얻을 수 있습니다.

 

 

 

- 독립형 금속 구조물

 

- 사출 성형 플라스틱 구조

 

- 사출 성형 구조를 블랭크로 사용하여 금속 부품을 매몰 주조하거나 세라믹 부품을 슬립 주조할 수 있습니다.

 

 

 

LIGA 미세가공 / 미세가공 공정은 시간과 비용이 많이 듭니다. 그러나 LIGA 미세 가공은 원하는 구조를 복제하는 데 사용할 수 있는 이러한 서브미크론 정밀 금형을 생산하고 뚜렷한 이점을 제공합니다. LIGA 미세 제조는 예를 들어 희토류 분말로 매우 강력한 소형 자석을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 희토류 분말은 에폭시 바인더와 혼합되어 PMMA 몰드에 압착되고 고압에서 경화되고 강한 자기장에서 자화되며 최종적으로 PMMA가 용해되어 작고 강한 희토류 자석을 남기는 경이로움 중 하나입니다. 미세 제조 / 미세 가공. 우리는 또한 웨이퍼 규모의 확산 결합을 통해 다단계 MEMS 미세 제조 / 미세 가공 기술을 개발할 수 있습니다. 기본적으로 배치 확산 결합 및 릴리스 절차를 사용하여 MEMS 장치 내에서 돌출된 형상을 가질 수 있습니다. 예를 들어 우리는 PMMA가 후속적으로 출시된 두 개의 PMMA 패턴 및 전기주조된 레이어를 준비합니다. 다음으로 웨이퍼는 가이드 핀과 마주보고 정렬되고 핫 프레스에서 함께 압입됩니다. 기판 중 하나의 희생 층이 식각되어 층 중 하나가 다른 층에 결합됩니다. 다양한 복잡한 다층 구조의 제조를 위해 다른 비 LIGA 기반 미세 제조 기술도 사용할 수 있습니다.

 

 

 

SOLID FREEFORM MICROFABRICATION PROCESSES: 신속한 프로토타이핑을 위해 적층 미세 제조가 사용됩니다. 이 미세 가공 방법으로 복잡한 3D 구조를 얻을 수 있으며 재료 제거가 발생하지 않습니다. Microstereolithography 공정은 액체 열경화성 폴리머, 광개시제 및 1마이크론만큼 작은 직경과 약 10마이크론의 층 두께로 고도로 집중된 레이저 소스를 사용합니다. 그러나 이 미세 제조 기술은 비전도성 폴리머 구조의 생산으로 제한됩니다. "즉석 마스킹" 또는 "전기화학적 제조" 또는 EFAB라고도 하는 또 다른 미세 제조 방법은 포토리소그래피를 사용하여 엘라스토머 마스크를 생산하는 것과 관련이 있습니다. 그런 다음 엘라스토머가 기판과 일치하고 접촉 영역에서 도금 용액을 배제하도록 마스크를 전착 조에서 기판에 대해 누릅니다. 마스크되지 않은 영역은 마스크의 미러 이미지로 전착됩니다. 희생 필러를 사용하여 복잡한 3D 모양을 미세 가공합니다. 이 "즉석 마스킹" 미세 제조 / 미세 기계 가공 방법을 사용하면 돌출부, 아치 등을 생산할 수도 있습니다.