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. Іноді загальні розміри продукту мікровиробництва можуть бути більшими, але ми все одно використовуємо цей термін для позначення принципів і процесів, які задіяні. Ми використовуємо підхід мікровиробництва для виготовлення наступних типів пристроїв:

 

 

 

Мікроелектронні пристрої. Типовими прикладами є напівпровідникові мікросхеми, які функціонують на основі електричних і електронних принципів.

 

Мікромеханічні пристрої: це суто механічні пристрої, наприклад дуже маленькі шестерні та петлі.

 

Мікроелектромеханічні пристрої: ми використовуємо технології мікровиробництва, щоб комбінувати механічні, електричні та електронні елементи в дуже малих масштабах. Більшість наших датчиків відноситься до цієї категорії.

 

Мікроелектромеханічні системи (MEMS): ці мікроелектромеханічні пристрої також містять інтегровану електричну систему в одному продукті. Нашими популярними комерційними продуктами в цій категорії є MEMS-акселерометри, датчики подушок безпеки та цифрові мікродзеркальні пристрої.

 

 

 

Залежно від продукту, який буде виготовлено, ми застосовуємо один із таких основних методів мікровиробництва:

 

ОБ’ЄМНА МІКРОМАШИННА ОБРОБКА: це відносно старий метод, який використовує залежне від орієнтації травлення на монокристалічному кремнії. Підхід об’ємної мікрообробки базується на травленні поверхні та зупинці на певних кристалічних гранях, легованих областях і травлюваних плівках для формування необхідної структури. Типовими продуктами, які ми можемо виробляти за допомогою технології масової мікрообробки, є:

 

- Крихітні консолі

 

- V-образні канавки в кремнії для вирівнювання та фіксації оптичних волокон.

 

МІКРОМАШИННА ОБРОБКА ПОВЕРХНІ: на жаль, об’ємна мікрообробка обмежена монокристалічними матеріалами, оскільки полікристалічні матеріали не будуть оброблятися з різною швидкістю в різних напрямках за допомогою засобів для мокрого травлення. Тому поверхнева мікрообробка виділяється як альтернатива масовій мікрообробці. Розпірний або тимчасовий шар, такий як фосфорилікатне скло, наноситься за допомогою процесу CVD на кремнієву підкладку. Взагалі кажучи, структурні тонкоплівкові шари полікремнію, металу, металевих сплавів, діелектриків наносяться на прокладковий шар. Використовуючи техніку сухого травлення, структурні шари тонкої плівки наносять візерунок, а вологе травлення використовується для видалення жертвенного шару, у результаті чого утворюються окремо стоячі структури, такі як консолі. Також можливе використання комбінацій методів об’ємної та поверхневої мікрообробки для перетворення деяких дизайнів на вироби. Типові продукти, придатні для мікровиробництва з використанням комбінації двох вищевказаних методів:

 

- Мікролампи субміліметричного розміру (порядку розміру 0,1 мм)

 

- Датчики тиску

 

- Мікронасоси

 

- Мікромотори

 

- Актуатори

 

- Пристрої мікротекучого потоку

 

Іноді, щоб отримати високі вертикальні структури, мікровиробництво виконується на великих плоских структурах горизонтально, а потім структури обертаються або складаються у вертикальне положення за допомогою таких методів, як центрифугування або мікроскладання за допомогою зондів. Проте дуже високі структури можуть бути отримані в монокристалічному кремнії за допомогою сплавлення кремнію та глибокого реактивного іонного травлення. Процес мікровиробництва глибокого реактивного іонного травлення (DRIE) виконується на двох окремих пластинах, потім вирівнюється та з’єднується, щоб отримати дуже високі структури, які інакше були б неможливі.

 

 

 

ПРОЦЕСИ МІКРОВИРОБНИЦТВА LIGA: процес LIGA поєднує рентгенівську літографію, електроосадження, формування та загалом включає наступні етапи:

 

 

 

1. На основну підкладку наноситься шар резиста з поліметилметакрилату (PMMA) товщиною кілька сотень мікрон.

 

2. ПММА розроблено за допомогою колімованих рентгенівських променів.

 

3. Метал електроосаджується на первинну підкладку.

 

4. ПММА знімається, і залишається окремо стояча металева конструкція.

 

5. Ми використовуємо металеву конструкцію, що залишилася, як прес-форму та виконуємо лиття пластмас під тиском.

 

 

 

Якщо ви проаналізуєте основні п’ять кроків вище, використовуючи технології мікровиробництва / мікрообробки LIGA, ми можемо отримати:

 

 

 

- окремо стоячі металеві конструкції

 

- Литі під тиском пластикові конструкції

 

- Використовуючи структуру, виготовлену під тиском, як заготовку, ми можемо виробляти литі металеві деталі або литі керамічні деталі.

 

 

 

Процеси мікровиробництва/мікрообробки LIGA займають багато часу та дорогі. Однак LIGA micromachining виробляє ці форми субмікронної точності, які можна використовувати для копіювання бажаних структур з явними перевагами. Мікровиробництво LIGA можна використовувати, наприклад, для виготовлення дуже міцних мініатюрних магнітів із рідкоземельних порошків. Порошки рідкоземельних металів змішують із епоксидною зв’язуючою речовиною та притискають до форми з ПММА, затверджують під високим тиском, намагнічують у сильних магнітних полях і, нарешті, ПММА розчиняють, залишаючи крихітні потужні рідкоземельні магніти, які є одним із чудес світу. мікровиробництво / мікрообробка. Ми також можемо розробити багаторівневі технології мікровиробництва / мікрообробки MEMS за допомогою дифузійного з’єднання пластин. В основному ми можемо мати нависаючі геометрії в MEMS-пристроях, використовуючи процедуру пакетного дифузійного зв’язування та звільнення. Наприклад, ми готуємо два шари ПММА з візерунком і гальванічним способом, а ПММА згодом вивільняємо. Далі пластини вирівнюються лицьовою стороною один до одного за допомогою напрямних штифтів і притискаються разом у гарячому пресі. Жертовний шар на одній із підкладок витравлюється, що призводить до того, що один із шарів з’єднується з іншим. Для виготовлення різноманітних складних багатошарових структур нам також доступні інші методи мікровиробництва, не засновані на LIGA.

 

 

 

ПРОЦЕСИ МІКРОПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ТВЕРДИХ ДОВІЛЬНИХ ФОРМ: адитивне мікровиробництво використовується для швидкого створення прототипів. За допомогою цього методу мікрообробки можна отримати складні 3D-структури без видалення матеріалу. У процесі мікростереолітографії використовуються рідкі термореактивні полімери, фотоініціатор і високофокусований лазерний джерело з діаметром всього 1 мікрон і товщиною шару близько 10 мікрон. Однак ця техніка мікровиробництва обмежена виробництвом непровідних полімерних структур. Інший метод мікровиробництва, а саме «миттєве маскування» або також відомий як «електрохімічне виготовлення» або EFAB, передбачає виготовлення еластомерної маски за допомогою фотолітографії. Потім маску притискають до підкладки у ванні для електроосадження, щоб еластомер прилягав до підкладки та виключав нанесення покриття на контактні ділянки. Області, які не маскуються, електроосаджуються як дзеркальне відображення маски. Використовуючи жертовний наповнювач, складні 3D-форми створюються мікрофабрикатами. Цей метод мікровиробництва/мікромеханічної обробки «миттєвого маскування» також дає змогу виготовляти звиси, арки тощо.