Prodhim në shkallë të vogël / Mikroprodhim / Mikromakineri / 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. Ndonjëherë dimensionet e përgjithshme të një produkti të prodhuar mikro mund të jenë më të mëdha, por ne ende e përdorim këtë term për t'iu referuar parimeve dhe proceseve që përfshihen. Ne përdorim qasjen e mikroprodhimit për të bërë llojet e mëposhtme të pajisjeve:

 

 

 

Pajisjet mikroelektronike: Shembuj tipikë janë çipat gjysmëpërçues që funksionojnë bazuar në parimet elektrike dhe elektronike.

 

Pajisjet mikromekanike: Këto janë produkte që janë thjesht mekanike në natyrë si ingranazhet dhe menteshat shumë të vogla.

 

Pajisjet mikroelektromekanike: Ne përdorim teknika mikroprodhuese për të kombinuar elemente mekanike, elektrike dhe elektronike në shkallë shumë të vogla të gjatësisë. Shumica e sensorëve tanë janë në këtë kategori.

 

Sistemet Mikroelektromekanike (MEMS): Këto pajisje mikroelektromekanike përfshijnë gjithashtu një sistem elektrik të integruar në një produkt. Produktet tona komerciale të njohura në këtë kategori janë përshpejtuesit MEMS, sensorët e jastëkëve të ajrit dhe pajisjet dixhitale të mikropasqyrës.

 

 

 

Në varësi të produktit që do të fabrikohet, ne përdorim një nga metodat kryesore të mikroprodhimit të mëposhtëm:

 

MIKROMAKINIMI SHUMË: Kjo është një metodë relativisht më e vjetër që përdor gravurë të varur nga orientimi në silikon me një kristal. Qasja e mikropërpunimit me shumicë bazohet në gdhendjen në një sipërfaqe dhe ndalimin në disa fytyra kristalore, rajone të dopuara dhe filma të gdhendur për të formuar strukturën e kërkuar. Produktet tipike që ne jemi në gjendje të mikroprodhojmë duke përdorur teknikën e mikropërpunimit me shumicë janë:

 

- Konsolë të vegjël

 

- V-groves në silikon për shtrirjen dhe fiksimin e fibrave optike.

 

MIKROMAKINIMI SIPËRFAQËSOR: Për fat të keq, mikropërpunimi me shumicë është i kufizuar në materialet me një kristal, pasi materialet polikristaline nuk do të përpunohen me shpejtësi të ndryshme në drejtime të ndryshme duke përdorur etchants të lagësht. Prandaj, mikropërpunimi sipërfaqësor shquhet si një alternativë ndaj mikropërpunimit me shumicë. Një ndarës ose shtresë sakrifikuese si qelqi fosfosilikat depozitohet duke përdorur procesin CVD në një substrat silikoni. Në përgjithësi, shtresat strukturore të filmit të hollë të polisilikonit, metalit, lidhjeve metalike, dielektrikëve depozitohen në shtresën ndarëse. Duke përdorur teknikat e gravurës së thatë, shtresat strukturore të filmit të hollë modelohen dhe gravurja e lagësht përdoret për të hequr shtresën sakrifikuese, duke rezultuar kështu në struktura të lira, si p.sh. Gjithashtu e mundur është përdorimi i kombinimeve të teknikave të mikropërpunimit me shumicë dhe sipërfaqësore për shndërrimin e disa modeleve në produkte. Produkte tipike të përshtatshme për mikroprodhim duke përdorur një kombinim të dy teknikave të mësipërme:

 

- Mikrollamba me madhësi nënmilimetrike (në rendin e madhësisë 0,1 mm)

 

- Sensorët e presionit

 

- Mikropompa

 

- Mikromotoret

 

- Aktivizuesit

 

- Pajisje mikro-fluid-fluid

 

Ndonjëherë, për të marrë struktura të larta vertikale, mikroprodhimi kryhet në struktura të mëdha të sheshta horizontalisht dhe më pas strukturat rrotullohen ose palosen në një pozicion vertikal duke përdorur teknika të tilla si centrifugimi ose mikromontimi me sonda. Megjithatë, strukturat shumë të larta mund të përftohen në silikon me një kristal duke përdorur lidhjen e shkrirjes së silikonit dhe gdhendjen e thellë të joneve reaktive. Procesi i mikroprodhimit të gërvishtjes së joneve të thella reaktive (DRIE) kryhet në dy vafera të veçanta, më pas rreshtohen dhe bashkohen për të prodhuar struktura shumë të larta që përndryshe do të ishin të pamundura.

 

 

 

PROCESET E MIKROPRODHIMIT LIGA: Procesi LIGA kombinon litografinë me rreze X, elektrodepozitimin, formimin dhe në përgjithësi përfshin hapat e mëposhtëm:

 

 

 

1. Shtresa rezistente e polimetilmetakrilatit (PMMA) me trashësi disa qindra mikronësh depozitohet në nënshtresën parësore.

 

2. PMMA është zhvilluar duke përdorur rreze X të kolimuara.

 

3. Metali elektrodepozitohet në nënshtresën parësore.

 

4. PMMA është zhveshur dhe mbetet një strukturë metalike e pavarur.

 

5. Ne përdorim strukturën metalike të mbetur si kallëp dhe kryejmë derdhje me injeksion të plastikës.

 

 

 

Nëse analizoni pesë hapat bazë të mësipërm, duke përdorur teknikat e mikroprodhimit / mikropërpunimit LIGA ne mund të marrim:

 

 

 

- Struktura metalike të pavarura

 

- Struktura plastike të derdhura me injeksion

 

- Duke përdorur strukturën e derdhur me injeksion si bosh, ne mund të investojmë pjesë metalike të derdhura ose pjesë qeramike të derdhura me rrëshqitje.

 

 

 

Proceset e mikroprodhimit / mikropërpunimit LIGA kërkojnë kohë dhe të shtrenjta. Megjithatë, mikropërpunimi LIGA prodhon këto kallëpe me saktësi nën mikron, të cilët mund të përdoren për të përsëritur strukturat e dëshiruara me avantazhe të dallueshme. Mikroprodhimi LIGA mund të përdoret për shembull për të prodhuar magnet miniaturë shumë të fortë nga pluhurat e tokës së rrallë. Pluhurat e tokës së rrallë përzihen me një lidhës epoksi dhe shtypen në kallëpin PMMA, kurohen nën presion të lartë, magnetizohen nën fusha të forta magnetike dhe më në fund PMMA tretet duke lënë pas magnetët e vegjël të fortë të tokës së rrallë, të cilët janë një nga mrekullitë e mikroprodhimi / mikropërpunimi. Ne jemi gjithashtu të aftë të zhvillojmë teknika të mikroprodhimit / mikropërpunimit MEMS me shumë nivele përmes lidhjes me difuzion në shkallë vaferi. Në thelb, ne mund të kemi gjeometri të varura brenda pajisjeve MEMS, duke përdorur një procedurë të lidhjes dhe lëshimit të difuzionit në grup. Për shembull, ne përgatisim dy shtresa me model PMMA dhe elektroformuar me PMMA të lëshuar më pas. Më pas, vaferat rreshtohen ballë për ballë me kunjat udhëzuese dhe shtypen së bashku në një shtypje të nxehtë. Shtresa sakrifikuese në njërën nga nënshtresat është e skalitur, gjë që rezulton në lidhjen e njërës prej shtresave me tjetrën. Teknika të tjera mikroprodhuese jo të bazuara në LIGA janë gjithashtu të disponueshme për ne për fabrikimin e strukturave të ndryshme komplekse me shumë shtresa.

 

 

 

PROCESET E MIKROFABRIKIMIT TË FORMA TË LIRË TË NGURTA: Mikroprodhimi aditiv përdoret për prototipimin e shpejtë. Strukturat komplekse 3D mund të merren me këtë metodë të mikropërpunimit dhe nuk bëhet heqja e materialit. Procesi i mikrostereolithografisë përdor polimere të lëngshme termofikse, fotoinicues dhe një burim lazer shumë të fokusuar në një diametër të vogël sa 1 mikron dhe trashësi shtresash rreth 10 mikron. Megjithatë, kjo teknikë mikroprodhimi është e kufizuar në prodhimin e strukturave polimer jopërçuese. Një tjetër metodë mikroprodhimi, domethënë "maskimi i menjëhershëm" ose i njohur gjithashtu si "fabrikim elektrokimik" ose EFAB përfshin prodhimin e një maske elastomerike duke përdorur fotolitografi. Maska më pas shtypet kundër nënshtresës në një banjë elektrodepozite në mënyrë që elastomeri të përshtatet me nënshtresën dhe të përjashtojë zgjidhjen e shtrimit në zonat e kontaktit. Zonat që nuk janë të maskuara elektrodepozitohen si imazhi i pasqyrës së maskës. Duke përdorur një mbushës sakrifikues, forma komplekse 3D janë mikrofabrikuara. Kjo metodë e mikroprodhimit/mikropërpunimit të “maskimit të menjëhershëm” bën të mundur gjithashtu prodhimin e mbikalimeve, harqeve… etj.