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. Ibland kan de övergripande dimensionerna för en mikrotillverkad produkt vara större, men vi använder fortfarande denna term för att referera till de principer och processer som är involverade. Vi använder mikrotillverkningsmetoden för att tillverka följande typer av enheter:

 

 

 

Mikroelektroniska enheter: Typiska exempel är halvledarchips som fungerar baserat på elektriska och elektroniska principer.

 

Mikromekaniska enheter: Dessa är produkter som är rent mekaniska till sin natur, såsom mycket små växlar och gångjärn.

 

Mikroelektromekaniska enheter: Vi använder mikrotillverkningstekniker för att kombinera mekaniska, elektriska och elektroniska element i mycket små skalor. De flesta av våra sensorer är i denna kategori.

 

Mikroelektromekaniska system (MEMS): Dessa mikroelektromekaniska enheter innehåller också ett integrerat elektriskt system i en produkt. Våra populära kommersiella produkter i denna kategori är MEMS accelerometrar, krockkuddesensorer och digitala mikrospegelenheter.

 

 

 

Beroende på produkten som ska tillverkas använder vi en av följande stora mikrotillverkningsmetoder:

 

BULK MICROMACHINING: Detta är en relativt äldre metod som använder orienteringsberoende etsningar på enkristallkisel. Tillvägagångssättet för bulkmikrobearbetning är baserat på nedetsning i en yta och stopp på vissa kristallytor, dopade områden och etsbara filmer för att bilda den erforderliga strukturen. Typiska produkter som vi kan mikrotillverka med hjälp av bulkmikrobearbetningsteknik är:

 

- Små konsoler

 

- V-räfflor i kisel för uppriktning och fixering av optiska fibrer.

 

YTMIKROMARBEJDNING: Tyvärr är bulkmikrobearbetning begränsad till enkristallmaterial, eftersom polykristallina material inte kommer att bearbetas med olika hastigheter i olika riktningar med våta etsmedel. Därför sticker ytmikrobearbetning ut som ett alternativ till bulkmikrobearbetning. Ett distans- eller offerskikt såsom fosfosilikatglas avsätts med användning av CVD-process på ett kiselsubstrat. Generellt sett avsätts strukturella tunna filmskikt av polykisel, metall, metallegeringar, dielektrikum på distansskiktet. Med hjälp av torretsningstekniker mönstras de strukturella tunna filmskikten och våtetsning används för att ta bort offerskiktet, vilket resulterar i fristående strukturer såsom konsoler. Det är också möjligt att använda kombinationer av bulk- och ytmikrobearbetningstekniker för att omvandla vissa mönster till produkter. Typiska produkter lämpliga för mikrotillverkning med en kombination av ovanstående två tekniker:

 

- Mikrolampor av submilimetrisk storlek (i storleksordningen 0,1 mm)

 

- Trycksensorer

 

- Mikropumpar

 

- Mikromotorer

 

- Ställdon

 

- Mikrovätskeflödesanordningar

 

Ibland, för att erhålla höga vertikala strukturer, utförs mikrotillverkning på stora plana strukturer horisontellt och sedan roteras eller viks strukturerna till ett upprätt läge med hjälp av tekniker som centrifugering eller mikrosammansättning med sonder. Ändå kan mycket höga strukturer erhållas i enkristallkisel med användning av kiselfusionsbindning och djupreaktiv jonetsning. Deep Reactive Ion Etching (DRIE) mikrotillverkningsprocess utförs på två separata wafers, sedan inriktade och fusionsbundna för att producera mycket höga strukturer som annars skulle vara omöjliga.

 

 

 

LIGA MICROMOMTILLVERKNINGSPROCESSER: LIGA-processen kombinerar röntgenlitografi, elektroavsättning, gjutning och involverar i allmänhet följande steg:

 

 

 

1. Ett par hundra mikrometer tjockt polymetylmetakrylat (PMMA) resistskikt avsätts på det primära substratet.

 

2. PMMA utvecklas med hjälp av kollimerad röntgenstrålning.

 

3. Metall avsätts elektrolytiskt på det primära substratet.

 

4. PMMA avskalas och en fristående metallstruktur finns kvar.

 

5. Vi använder den återstående metallstrukturen som form och utför formsprutning av plast.

 

 

 

Om du analyserar de grundläggande fem stegen ovan, med hjälp av LIGA mikrotillverkning / mikrobearbetningstekniker kan vi få:

 

 

 

- Fristående metallkonstruktioner

 

- Formsprutade plaststrukturer

 

- Med hjälp av formsprutad struktur som ett ämne kan vi placera gjutna metalldelar eller slipgjutna keramiska delar.

 

 

 

LIGA mikrotillverkning / mikrobearbetningsprocesser är tidskrävande och dyra. Men LIGA mikrobearbetning producerar dessa submikron precisionsformar som kan användas för att replikera de önskade strukturerna med distinkta fördelar. LIGA mikrotillverkning kan till exempel användas för att tillverka mycket starka miniatyrmagneter från pulver av sällsynta jordartsmetaller. Pulvren av sällsynta jordartsmetaller blandas med ett epoxibindemedel och pressas till PMMA-formen, härdas under högt tryck, magnetiseras under starka magnetiska fält och slutligen löses PMMA och lämnar kvar de små starka sällsynta jordartsmagneterna som är ett av underverken i mikrotillverkning / mikrobearbetning. Vi är också kapabla att utveckla MEMS-mikrotillverkning/mikrobearbetningstekniker på flera nivåer genom diffusionsbindning i waferskala. I grund och botten kan vi ha överhängande geometrier inom MEMS-enheter, med hjälp av en batchdiffusionsbindning och frigöringsprocedur. Till exempel förbereder vi två PMMA-mönstrade och elektroformade skikt med PMMA släppt. Därefter riktas skivorna ansikte mot ansikte med styrstift och presspassas ihop i en varmpress. Offerskiktet på ett av substraten etsas bort vilket resulterar i att ett av skikten binds till det andra. Andra icke-LIGA-baserade mikrotillverkningstekniker är också tillgängliga för oss för tillverkning av olika komplexa flerskiktsstrukturer.

 

 

 

SOLID FRIFORM MIKROFABBRIKATIONSPROCESSER: Additiv mikrotillverkning används för snabb prototypframställning. Komplexa 3D-strukturer kan erhållas med denna mikrobearbetningsmetod och ingen materialborttagning sker. Mikrostereolitografiprocessen använder flytande värmehärdande polymerer, fotoinitiator och en högfokuserad laserkälla till en diameter så liten som 1 mikron och skikttjocklek på cirka 10 mikron. Denna mikrotillverkningsteknik är emellertid begränsad till produktion av icke-ledande polymerstrukturer. En annan mikrotillverkningsmetod, nämligen "instant maskering" eller även känd som "elektrokemisk tillverkning" eller EFAB involverar tillverkning av en elastomer mask med hjälp av fotolitografi. Masken pressas sedan mot substratet i ett elektroavsättningsbad så att elasten anpassar sig till substratet och utesluter pläteringslösning i kontaktområden. Områden som inte är maskerade elektrodeponeras som spegelbilden av masken. Med hjälp av ett offerfyllmedel mikrotillverkas komplexa 3D-former. Denna "instant maskering" mikrotillverkning / mikrobearbetningsmetod gör det också möjligt att producera överhäng, bågar...etc.