Microschaalproductie / Microfabricage / Microbewerking / MEMS

MICROMANUFACTURING, MICROSCALE MANUFACTURING, MICROFABRICATION or MICROMACHINING_cc781905-5cde-31945-bb3 Soms zijn de totale afmetingen van een microgefabriceerd product misschien groter, maar we gebruiken deze term nog steeds om te verwijzen naar de principes en processen die erbij betrokken zijn. We gebruiken de micromanufacturing-aanpak om de volgende soorten apparaten te maken:

 

 

 

Micro-elektronische apparaten: Typische voorbeelden zijn halfgeleiderchips die werken op basis van elektrische en elektronische principes.

 

Micromechanische apparaten: dit zijn producten die puur mechanisch van aard zijn, zoals zeer kleine tandwielen en scharnieren.

 

Micro-elektromechanische apparaten: we gebruiken microfabricagetechnieken om mechanische, elektrische en elektronische elementen op zeer kleine lengteschalen te combineren. De meeste van onze sensoren vallen in deze categorie.

 

Micro-elektromechanische systemen (MEMS): deze micro-elektromechanische apparaten bevatten ook een geïntegreerd elektrisch systeem in één product. Onze populaire commerciële producten in deze categorie zijn MEMS-versnellingsmeters, airbagsensoren en digitale microspiegels.

 

 

 

Afhankelijk van het te fabriceren product, passen we een van de volgende belangrijke microfabricagemethoden toe:

 

BULK MICROMACHINING: Dit is een relatief oudere methode die gebruik maakt van oriëntatie-afhankelijke etsen op monokristallijn silicium. De bulk-microbewerkingsbenadering is gebaseerd op het etsen in een oppervlak en stoppen op bepaalde kristalvlakken, gedoteerde gebieden en etsbare films om de vereiste structuur te vormen. Typische producten die we kunnen microfabriceren met behulp van bulk microbewerkingstechniek zijn:

 

- Kleine uitkragingen

 

- V-groeven in silicium voor uitlijning en fixatie van optische vezels.

 

OPPERVLAKTEMICROMACHINE: Helaas is microbewerking in bulk beperkt tot materialen met één kristal, omdat polykristallijne materialen niet met verschillende snelheden in verschillende richtingen kunnen worden bewerkt met behulp van natte etsmiddelen. Daarom onderscheidt oppervlaktemicrobewerking zich als een alternatief voor bulkmicrobewerking. Een afstandhouder of opofferingslaag zoals fosfosilicaatglas wordt met behulp van een CVD-proces op een siliciumsubstraat afgezet. In het algemeen worden structurele dunne filmlagen van polysilicium, metaal, metaallegeringen, diëlektrica op de afstandslaag afgezet. Met behulp van droge etstechnieken worden de structurele dunne filmlagen van een patroon voorzien en nat etsen wordt gebruikt om de opofferingslaag te verwijderen, wat resulteert in vrijstaande structuren zoals uitkragingen. Ook is het mogelijk om combinaties van bulk- en oppervlaktemicrobewerkingstechnieken te gebruiken om sommige ontwerpen in producten om te zetten. Typische producten die geschikt zijn voor microfabricage met een combinatie van de bovenstaande twee technieken:

 

- Microlampen met submilimetrisch formaat (in de orde van grootte van 0,1 mm)

 

- Druksensoren

 

- Micropompen

 

- Micromotoren

 

- Actuatoren

 

- Microfluid-flow-apparaten

 

Soms, om hoge verticale structuren te verkrijgen, wordt microfabricage uitgevoerd op grote platte structuren horizontaal en vervolgens worden de structuren gedraaid of gevouwen in een rechtopstaande positie met behulp van technieken zoals centrifugeren of microassemblage met sondes. Toch kunnen zeer hoge structuren worden verkregen in monokristallijn silicium met behulp van siliciumfusiebinding en diepe reactieve ionenetsing. Deep Reactive Ion Etching (DRIE) microfabricageproces wordt uitgevoerd op twee afzonderlijke wafels, vervolgens uitgelijnd en fusiegebonden om zeer hoge structuren te produceren die anders onmogelijk zouden zijn.

 

 

 

LIGA MICROMANUFACTURING PROCESSEN: Het LIGA-proces combineert röntgenlithografie, elektrodepositie, gieten en omvat in het algemeen de volgende stappen:

 

 

 

1. Een paar honderden micron dikke polymethylmetacrylaat (PMMA) resistlaag wordt op het primaire substraat afgezet.

 

2. De PMMA is ontwikkeld met behulp van gecollimeerde röntgenstralen.

 

3. Metaal wordt elektrolytisch afgezet op het primaire substraat.

 

4. PMMA wordt gestript en er blijft een vrijstaande metalen structuur over.

 

5. De resterende metalen structuur gebruiken we als mal en spuitgieten van kunststoffen.

 

 

 

Als u de vijf basisstappen hierboven analyseert, kunnen we met behulp van de LIGA-technieken voor microfabricage / microbewerking het volgende verkrijgen:

 

 

 

- Vrijstaande metalen constructies

 

- Spuitgegoten kunststof constructies

 

- Met behulp van een spuitgegoten structuur als een blanco kunnen we gegoten metalen onderdelen of keramische onderdelen gieten.

 

 

 

De LIGA microfabricage / microbewerkingsprocessen zijn tijdrovend en duur. LIGA-microbewerking produceert echter deze submicron-precisievormen die kunnen worden gebruikt om de gewenste structuren te repliceren met duidelijke voordelen. Met LIGA micromanufacturing kunnen bijvoorbeeld zeer sterke miniatuurmagneten worden gemaakt van zeldzame-aardepoeders. De zeldzame-aardepoeders worden gemengd met een epoxybindmiddel en in de PMMA-vorm geperst, onder hoge druk uitgehard, gemagnetiseerd onder sterke magnetische velden en uiteindelijk wordt het PMMA opgelost, waarbij de kleine sterke zeldzame-aardemagneten achterblijven die een van de wonderen van microfabricage / microbewerking. We zijn ook in staat om MEMS-microproductie- / microbewerkingstechnieken op meerdere niveaus te ontwikkelen door middel van diffusiebinding op waferschaal. In principe kunnen we overhangende geometrieën hebben binnen MEMS-apparaten, met behulp van een batchdiffusiebindings- en vrijgaveprocedure. We bereiden bijvoorbeeld twee PMMA-patroon en elektrogevormde lagen voor met het PMMA dat vervolgens wordt vrijgegeven. Vervolgens worden de wafels van aangezicht tot aangezicht uitgelijnd met geleidepennen en perspassing samen in een hete pers. De opofferingslaag op een van de substraten wordt weggeëtst waardoor de ene laag aan de andere hecht. Andere niet op LIGA gebaseerde microfabricagetechnieken zijn ook beschikbaar voor de fabricage van verschillende complexe meerlaagse structuren.

 

 

 

SOLIDE FREEFORM MICROFABRICATION PROCESSEN: Additieve microfabricage wordt gebruikt voor snelle prototyping. Door deze microbewerkingsmethode kunnen complexe 3D-structuren worden verkregen en vindt er geen materiaalverwijdering plaats. Het microstereolithografieproces maakt gebruik van vloeibare thermohardende polymeren, foto-initiator en een zeer gerichte laserbron tot een diameter van slechts 1 micron en laagdiktes van ongeveer 10 micron. Deze microfabricagetechniek is echter beperkt tot de productie van niet-geleidende polymeerstructuren. Een andere microfabricagemethode, namelijk "instant masking" of ook bekend als "elektrochemische fabricage" of EFAB, omvat de productie van een elastomeer masker met behulp van fotolithografie. Het masker wordt vervolgens in een elektrodepositiebad tegen het substraat gedrukt, zodat het elastomeer zich aanpast aan het substraat en de galvaniseeroplossing in contactgebieden uitsluit. Gebieden die niet gemaskeerd zijn, worden elektrolytisch afgezet als het spiegelbeeld van het masker. Met behulp van een opofferingsvuller worden complexe 3D-vormen gemicrofabriceerd. Deze "instant masking" micromanufacturing / micromachining methode maakt het ook mogelijk om overhangen, bogen, enz. te produceren.