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. Minsan ang pangkalahatang mga sukat ng isang micromanufactured na produkto ay maaaring mas malaki, ngunit ginagamit pa rin namin ang terminong ito upang sumangguni sa mga prinsipyo at prosesong kasangkot. Ginagamit namin ang diskarte sa micromanufacturing upang gawin ang mga sumusunod na uri ng mga device:

 

 

 

Mga Microelectronic na Device: Ang mga karaniwang halimbawa ay mga semiconductor chip na gumagana batay sa mga prinsipyo ng elektrikal at elektroniko.

 

Mga Micromechanical Device: Ito ay mga produkto na puro mekanikal ang kalikasan tulad ng napakaliit na gear at bisagra.

 

Mga Microelectromechanical Device: Gumagamit kami ng mga micromanufacturing technique upang pagsamahin ang mekanikal, elektrikal at elektronikong mga elemento sa napakaliit na sukat ng haba. Karamihan sa aming mga sensor ay nasa kategoryang ito.

 

Mga Microelectromechanical System (MEMS): Ang mga microelectromechanical na device na ito ay nagsasama rin ng pinagsama-samang electrical system sa isang produkto. Ang aming mga sikat na komersyal na produkto sa kategoryang ito ay MEMS accelerometers, air-bag sensors at digital micromirror device.

 

 

 

Depende sa produktong gagawin, inilalagay namin ang isa sa mga sumusunod na pangunahing pamamaraan ng micromanufacturing:

 

BULK MICROMACHINING: Ito ay medyo mas lumang paraan na gumagamit ng orientation-dependent etches sa single-crystal na silicon. Ang bultuhang micromachining na diskarte ay batay sa pag-ukit pababa sa ibabaw, at paghinto sa ilang partikular na kristal na mukha, doped na rehiyon, at etchable na pelikula upang mabuo ang kinakailangang istraktura. Ang mga karaniwang produkto na kaya nating gumawa ng micromanufacturing gamit ang bulk micromachining technique ay:

 

- Maliliit na cantilevers

 

- V-groves sa silicon para sa pagkakahanay at pag-aayos ng mga optical fibers.

 

SURFACE MICROMACHINING: Sa kasamaang palad, ang bulk micromachining ay limitado sa mga single-crystal na materyales, dahil ang polycrystalline na materyales ay hindi makikina sa iba't ibang mga rate sa iba't ibang direksyon gamit ang mga basang etchant. Samakatuwid ang surface micromachining ay namumukod-tangi bilang isang kahalili sa bulk micromachining. Ang isang spacer o sacrificial layer tulad ng phosphosilicate glass ay idineposito gamit ang proseso ng CVD sa isang silicon substrate. Sa pangkalahatan, ang structural thin film layer ng polysilicon, metal, metal alloys, dielectrics ay idineposito sa spacer layer. Gamit ang mga pamamaraan ng dry etching, ang mga structural thin film layer ay naka-pattern at ang wet etching ay ginagamit upang alisin ang sacrificial layer, na nagreresulta sa mga free-standing na istruktura tulad ng mga cantilevers. Posible rin ang paggamit ng mga kumbinasyon ng bulk at surface micromachining techniques para gawing produkto ang ilang disenyo. Mga karaniwang produkto na angkop para sa micromanufacturing gamit ang kumbinasyon ng dalawang pamamaraan sa itaas:

 

- Submilimetric size microlamp (sa pagkakasunud-sunod ng 0.1 mm na laki)

 

- Mga sensor ng presyon

 

- Mga micropump

 

- Mga micromotor

 

- Mga Actuator

 

- Mga aparatong micro-fluid-flow

 

Minsan, upang makakuha ng matataas na patayong istruktura, ang micromanufacturing ay isinasagawa sa malalaking patag na istruktura nang pahalang at pagkatapos ay ang mga istruktura ay iikot o tinutupi sa isang patayong posisyon gamit ang mga diskarte tulad ng centrifuging o microassembly na may mga probes. Ngunit ang napakataas na mga istraktura ay maaaring makuha sa solong kristal na silikon gamit ang silicon fusion bonding at malalim na reaktibo na pag-ukit ng ion. Ang Deep Reactive Ion Etching (DRIE) na proseso ng micromanufacturing ay isinasagawa sa dalawang magkahiwalay na wafer, pagkatapos ay nakahanay at pinagsama-sama upang makagawa ng napakatayog na mga istruktura na kung hindi man ay imposible.

 

 

 

MGA PROSESO NG LIGA MICROMANUFACTURING: Pinagsasama ng proseso ng LIGA ang X-ray lithography, electrodeposition, paghubog at karaniwang kinabibilangan ng mga sumusunod na hakbang:

 

 

 

1. Ilang daang microns ang makapal na polymethylmetacrylate (PMMA) resist layer ay idineposito sa pangunahing substrate.

 

2. Ang PMMA ay binuo gamit ang collimated X-rays.

 

3. Ang metal ay electrodeposited papunta sa pangunahing substrate.

 

4. Hinubaran ang PMMA at nananatili ang isang freestanding na istraktura ng metal.

 

5. Ginagamit namin ang natitirang istraktura ng metal bilang isang amag at nagsasagawa ng injection molding ng mga plastik.

 

 

 

Kung susuriin mo ang pangunahing limang hakbang sa itaas, gamit ang LIGA micromanufacturing / micromachining techniques na makukuha namin:

 

 

 

- Freestanding na mga istrukturang metal

 

- Injection molded plastic na mga istraktura

 

- Gamit ang iniksyon molded na istraktura bilang isang blangko maaari naming pamumuhunan cast metal bahagi o slip-cast ceramic bahagi.

 

 

 

Ang LIGA micromanufacturing / micromachining na proseso ay matagal at mahal. Gayunpaman, ang LIGA micromachining ay gumagawa ng mga submicron precision molds na maaaring magamit upang kopyahin ang mga nais na istruktura na may natatanging mga pakinabang. Ang LIGA micromanufacturing ay maaaring gamitin halimbawa upang gumawa ng napakalakas na miniature magnets mula sa rare-earth powder. Ang mga rare-earth powder ay hinaluan ng isang epoxy binder at idiniin sa PMMA mold, pinagaling sa ilalim ng mataas na presyon, na-magnetize sa ilalim ng malakas na magnetic field at sa wakas ang PMMA ay natunaw na nag-iiwan ng maliliit na malalakas na rare-earth magnet na isa sa mga kahanga-hanga ng micromanufacturing / micromachining. May kakayahan din kaming bumuo ng multilevel MEMS micromanufacturing / micromachining techniques sa pamamagitan ng wafer-scale diffusion bonding. Karaniwang maaari tayong magkaroon ng mga overhanging geometry sa loob ng MEMS device, gamit ang isang batch diffusion bonding at release procedure. Halimbawa, naghahanda kami ng dalawang PMMA patterned at electroformed layer na may kasunod na inilabas na PMMA. Susunod, ang mga wafer ay nakahanay nang harapan gamit ang mga pin ng gabay at pindutin nang magkakasama sa isang mainit na pagpindot. Ang sacrificial layer sa isa sa mga substrate ay nakaukit na nagreresulta sa isa sa mga layer na nakagapos sa isa pa. Ang iba pang non-LIGA based micromanufacturing techniques ay magagamit din sa amin para sa paggawa ng iba't ibang kumplikadong multilayer na istruktura.

 

 

 

SOLID FREEFORM MICROFABRICATION PROCESSES: Ginagamit ang additive micromanufacturing para sa mabilis na prototyping. Ang mga kumplikadong 3D na istruktura ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pamamaraang ito ng micromachining at walang pag-aalis ng materyal na nagaganap. Ang proseso ng microstereolithography ay gumagamit ng mga likidong thermosetting polymers, photoinitiator at isang mataas na nakatutok na pinagmumulan ng laser sa diameter na kasing liit ng 1 micron at mga kapal ng layer na humigit-kumulang 10 microns. Ang micromanufacturing technique na ito ay gayunpaman ay limitado sa produksyon ng mga nonconducting polymer structures. Ang isa pang paraan ng micromanufacturing, katulad ng "instant masking" o kilala rin bilang "electrochemical fabrication" o EFAB ay kinabibilangan ng paggawa ng elastomeric mask gamit ang photolithography. Ang mask ay pagkatapos ay pinindot laban sa substrate sa isang electrodeposition bath upang ang elastomer ay umaayon sa substrate at hindi kasama ang plating solution sa mga contact area. Ang mga lugar na hindi nakamaskara ay electrodeposited bilang mirror image ng mask. Gamit ang isang sacrificial filler, ang mga kumplikadong 3D na hugis ay microfabricated. Ginagawa nitong "instant masking" na micromanufacturing / micromachining na paraan upang makagawa ng mga overhang, arko...atbp.