Produkcja w skali mikro / mikroprodukcja / mikroobróbka / MEMS

MIKROPRODUKCJA, MIKROPRODUKCJA, MIKROPRODUKCJA or MICROMACHINING_cc781905-5cde-3194-bb3b_136bad5cf58d_or MICROMACHINING_cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5 nw procesach mikro i cf58 n Czasami ogólne wymiary mikrowytwarzanego produktu mogą być większe, ale nadal używamy tego terminu w odniesieniu do zasad i procesów, które są z nim związane. Stosujemy podejście mikroprodukcji do wykonania następujących typów urządzeń:

 

 

 

Urządzenia mikroelektroniczne: Typowymi przykładami są chipy półprzewodnikowe działające w oparciu o zasady elektryczne i elektroniczne.

 

Urządzenia mikromechaniczne: Są to produkty o charakterze czysto mechanicznym, takie jak bardzo małe koła zębate i zawiasy.

 

Urządzenia mikroelektromechaniczne: Używamy technik mikroprodukcji do łączenia elementów mechanicznych, elektrycznych i elektronicznych w bardzo małych skalach długości. Większość naszych czujników należy do tej kategorii.

 

Systemy mikroelektromechaniczne (MEMS): Te urządzenia mikroelektromechaniczne zawierają również zintegrowany system elektryczny w jednym produkcie. Naszymi popularnymi produktami handlowymi w tej kategorii są akcelerometry MEMS, czujniki poduszek powietrznych oraz cyfrowe urządzenia z mikrolusterkami.

 

 

 

W zależności od produktu, który ma zostać wyprodukowany, stosujemy jedną z następujących głównych metod mikroprodukcji:

 

BULK MICROMACHINING: Jest to stosunkowo starsza metoda, która wykorzystuje zależne od orientacji wytrawianie na monokrysztale krzemu. Podejście do mikroobróbki masowej opiera się na wytrawianiu powierzchni i zatrzymywaniu się na pewnych powierzchniach kryształów, obszarach domieszkowanych i wytrawianych foliach w celu uformowania wymaganej struktury. Typowe produkty, które jesteśmy zdolni do mikroprodukcji przy użyciu techniki mikroobróbki luzem, to:

 

- Małe wsporniki

 

- V-rowki w krzemie do ustawiania i mocowania światłowodów.

 

MIKROOBRÓBKA POWIERZCHNIOWA: Niestety mikroobróbka masowa jest ograniczona do materiałów monokrystalicznych, ponieważ materiały polikrystaliczne nie będą obrabiać z różnymi szybkościami w różnych kierunkach przy użyciu mokrych środków trawiących. Dlatego mikroobróbka powierzchni wyróżnia się jako alternatywa dla mikroobróbki masowej. Przekładkę lub warstwę protektorową, taką jak szkło fosfokrzemianowe, osadza się w procesie CVD na podłożu krzemowym. Ogólnie rzecz biorąc, strukturalne cienkie warstwy polikrzemu, metalu, stopów metali, dielektryków są osadzane na warstwie dystansowej. Stosując techniki suchego trawienia, strukturalne cienkie warstwy są modelowane, a trawienie na mokro służy do usunięcia warstwy protektorowej, co skutkuje powstaniem wolnostojących struktur, takich jak wsporniki. Możliwe jest również zastosowanie kombinacji technik mikroobróbki objętościowej i powierzchniowej w celu przekształcenia niektórych projektów w produkty. Typowe produkty nadające się do mikroprodukcji przy użyciu kombinacji dwóch powyższych technik:

 

- Mikrolampy o wymiarach submilimetrycznych (w kolejności od 0,1 mm)

 

- Czujniki ciśnienia

 

- Mikropompy

 

- Mikrosilniki

 

- Siłowniki

 

- Urządzenia mikroprzepływowe

 

Czasami, w celu uzyskania wysokich struktur pionowych, mikroprodukcję wykonuje się na dużych płaskich konstrukcjach poziomo, a następnie struktury są obracane lub składane do pozycji pionowej za pomocą technik takich jak wirowanie lub mikromontaż z sondami. Jednak bardzo wysokie struktury można uzyskać w monokrystalicznym krzemie, stosując wiązanie krzemowe i głębokie reaktywne trawienie jonowe. Proces mikroprodukcji metodą głębokiego wytrawiania jonów reaktywnych (DRIE) jest przeprowadzany na dwóch oddzielnych waflach, a następnie wyrównany i połączony w celu wytworzenia bardzo wysokich struktur, które w innym przypadku byłyby niemożliwe.

 

 

 

PROCESY MIKROPRODUKCYJNE LIGA: Proces LIGA łączy litografię rentgenowską, elektroosadzanie, formowanie i ogólnie obejmuje następujące etapy:

 

 

 

1. Warstwę oporową z polimetakrylanu metylu (PMMA) o grubości kilkuset mikronów osadza się na podstawowym podłożu.

 

2. PMMA jest rozwijany przy użyciu skolimowanych promieni rentgenowskich.

 

3. Metal jest osadzany elektrolitycznie na pierwotnym podłożu.

 

4. PMMA jest usuwany i pozostaje wolnostojąca metalowa konstrukcja.

 

5. Pozostałą konstrukcję metalową wykorzystujemy jako formę i wykonujemy wtryskiwanie tworzyw sztucznych.

 

 

 

Jeśli przeanalizujesz pięć podstawowych kroków powyżej, stosując techniki mikroprodukcji/mikroobróbki LIGA możemy uzyskać:

 

 

 

- Konstrukcje metalowe wolnostojące

 

- Konstrukcje z tworzyw sztucznych formowane wtryskowo

 

- Wykorzystując konstrukcję formowaną wtryskowo jako półfabrykat możemy odlewać elementy metalowe metodą inwestycyjną lub odlewać z leja elementy ceramiczne.

 

 

 

Procesy mikroprodukcji/mikroobróbki LIGA są czasochłonne i drogie. Jednak mikroobróbka LIGA wytwarza te submikronowe precyzyjne formy, które można wykorzystać do odtworzenia pożądanych struktur z wyraźnymi zaletami. Mikroprodukcja LIGA może być wykorzystana na przykład do wytwarzania bardzo silnych miniaturowych magnesów z proszków metali ziem rzadkich. Proszki ziem rzadkich są mieszane ze spoiwem epoksydowym i wciskane do formy PMMA, utwardzane pod wysokim ciśnieniem, namagnesowane w silnych polach magnetycznych, a na koniec PMMA jest rozpuszczany pozostawiając maleńkie silne magnesy ziem rzadkich, które są jednym z cudów mikroprodukcja / mikroobróbka. Jesteśmy również w stanie opracować wielopoziomowe techniki mikroprodukcji / mikroobróbki MEMS poprzez łączenie dyfuzyjne w skali płytki. Zasadniczo możemy mieć wystające geometrie w urządzeniach MEMS, stosując procedurę łączenia i uwalniania wsadowego dyfuzyjnego. Na przykład przygotowujemy dwie warstwy wzorzyste i elektroformowane z PMMA, a następnie uwalniamy PMMA. Następnie wafle są wyrównywane twarzą do siebie za pomocą kołków prowadzących i dociskane do siebie w gorącej prasie. Warstwa protektorowa na jednym z podłoży zostaje wytrawiona, co powoduje, że jedna z warstw zostaje złączona z drugą. Dostępne są również inne techniki mikroprodukcji, które nie są oparte na LIGA, do wytwarzania różnych złożonych struktur wielowarstwowych.

 

 

 

PROCESY MIKROPRODUKCJI SOLID FREEFORM: Mikroprodukcja addytywna jest wykorzystywana do szybkiego prototypowania. Za pomocą tej metody mikroobróbki można uzyskać złożone struktury 3D bez usuwania materiału. Proces mikrostereolitografii wykorzystuje ciekłe polimery termoutwardzalne, fotoinicjator i silnie skupione źródło lasera o średnicy zaledwie 1 mikrona i grubości warstwy około 10 mikronów. Ta technika mikrowytwarzania jest jednak ograniczona do wytwarzania nieprzewodzących struktur polimerowych. Inna metoda mikroprodukcji, a mianowicie „natychmiastowe maskowanie” lub znana również jako „produkcja elektrochemiczna” lub EFAB, polega na produkcji maski elastomerowej przy użyciu fotolitografii. Maska jest następnie dociskana do podłoża w kąpieli elektroosadzania tak, że elastomer dopasowuje się do podłoża i wyklucza roztwór galwaniczny w obszarach styku. Obszary, które nie są maskowane, są osadzane elektrolitycznie jako lustrzane odbicie maski. Używając wypełniacza protektorowego, złożone kształty 3D są mikrofabrykowane. Ta metoda mikroprodukcji / mikroobróbki „natychmiastowego maskowania” umożliwia również produkcję nawisów, łuków… itd.