Mikrorazmjerna proizvodnja / Mikroproizvodnja / Mikrostrojna obrada / 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. Ponekad ukupne dimenzije proizvoda mikroproizvodnje mogu biti veće, ali mi i dalje koristimo ovaj izraz za označavanje principa i procesa koji su uključeni. Pristupom mikroproizvodnje koristimo se za izradu sljedećih vrsta uređaja:

 

 

 

Mikroelektronički uređaji: Tipični primjeri su poluvodički čipovi koji funkcioniraju na temelju električnih i elektroničkih principa.

 

Mikromehanički uređaji: To su proizvodi koji su čisto mehaničke prirode, poput vrlo malih zupčanika i šarki.

 

Mikroelektromehanički uređaji: Koristimo tehnike mikroproizvodnje za kombiniranje mehaničkih, električnih i elektroničkih elemenata na vrlo malim duljinama. Većina naših senzora je u ovoj kategoriji.

 

Mikroelektromehanički sustavi (MEMS): Ovi mikroelektromehanički uređaji također uključuju integrirani električni sustav u jednom proizvodu. Naši popularni komercijalni proizvodi u ovoj kategoriji su MEMS akcelerometri, senzori zračnih jastuka i digitalni mikrozrcalni uređaji.

 

 

 

Ovisno o proizvodu koji se proizvodi, koristimo jednu od sljedećih glavnih metoda mikroproizvodnje:

 

BULK MICROMCHINING: Ovo je relativno starija metoda koja koristi jetkanje ovisno o orijentaciji na monokristalnom siliciju. Pristup skupne mikrostrojne obrade temelji se na urezivanju u površinu i zaustavljanju na određenim površinama kristala, dopiranim područjima i filmovima koji se mogu nagrizati kako bi se formirala potrebna struktura. Tipični proizvodi koje smo sposobni za mikroproizvodnju korištenjem bulk mikrostrojne tehnike su:

 

- Sićušne konzole

 

- V-utori u siliciju za poravnanje i fiksiranje optičkih vlakana.

 

MIKROSTROJNA OBRADA POVRŠINE: Nažalost, masovna mikrostrojna obrada ograničena je na monokristalne materijale, budući da se polikristalni materijali neće strojno obrađivati različitim brzinama u različitim smjerovima korištenjem sredstava za mokro jetkanje. Stoga se površinska mikrostrojna obrada ističe kao alternativa skupnoj mikrostrojnoj obradi. Odstojnik ili žrtvovani sloj kao što je fosfosilikatno staklo nanosi se CVD postupkom na silikonsku podlogu. Općenito govoreći, strukturni slojevi tankog filma od polisilicija, metala, metalnih legura, dielektrika talože se na razmakni sloj. Koristeći tehnike suhog jetkanja, strukturalni slojevi tankog filma se oblikuju, a mokro jetkanje se koristi za uklanjanje žrtvenog sloja, što rezultira samostojećim strukturama kao što su konzole. Također je moguće koristiti kombinacije skupnih i površinskih tehnika mikrostrojne obrade za pretvaranje nekih dizajna u proizvode. Tipični proizvodi prikladni za mikroproizvodnju kombinacijom gornje dvije tehnike:

 

- Mikrolampe submilimetrijske veličine (redoslijeda veličine 0,1 mm)

 

- Senzori pritiska

 

- Mikropumpe

 

- Mikromotori

 

- Pokretači

 

- Uređaji za protok mikro fluida

 

Ponekad, kako bi se dobile visoke vertikalne strukture, mikroproizvodnja se izvodi na velikim ravnim strukturama vodoravno, a zatim se strukture okreću ili savijaju u uspravan položaj koristeći tehnike kao što su centrifugiranje ili mikrosastavljanje sa sondama. Ipak, vrlo visoke strukture mogu se dobiti u monokristalnom siliciju korištenjem fuzijskog spajanja silicija i dubokog reaktivnog ionskog nagrizanja. Proces mikroproizvodnje dubokim reaktivnim ionskim jetkanjem (DRIE) provodi se na dvije odvojene pločice, zatim se poravnavaju i spajaju fuzijom kako bi se proizvele vrlo visoke strukture koje bi inače bile nemoguće.

 

 

 

LIGA MIKROPROIZVODNI PROCESI: LIGA proces kombinira rendgensku litografiju, elektrotaloženje, kalupljenje i općenito uključuje sljedeće korake:

 

 

 

1. Nekoliko stotina mikrona debeo polimetilmetakrilatni (PMMA) otporni sloj nanosi se na primarnu podlogu.

 

2. PMMA se razvija pomoću kolimiranih X-zraka.

 

3. Metal se elektrotaloži na primarnu podlogu.

 

4. PMMA se skida i ostaje samostojeća metalna struktura.

 

5. Preostalu metalnu konstrukciju koristimo kao kalup i vršimo injekcijsko prešanje plastike.

 

 

 

Ako analizirate osnovnih pet koraka iznad, korištenjem LIGA tehnika mikroproizvodnje/mikrostrojne obrade možemo dobiti:

 

 

 

- Samostojeće metalne konstrukcije

 

- Injekciono lijevane plastične strukture

 

- Upotrebom injekcijsko lijevane strukture kao slijepog dijela možemo uložiti lijevane metalne dijelove ili klizno lijevane keramičke dijelove.

 

 

 

Procesi LIGA mikroproizvodnje/mikrostrojne obrade dugotrajni su i skupi. Međutim, LIGA mikrostrojna obrada proizvodi ove submikronske precizne kalupe koji se mogu koristiti za repliciranje željenih struktura s jasnim prednostima. LIGA mikroproizvodnja može se koristiti za primjerice izradu vrlo jakih minijaturnih magneta od praha rijetkih zemalja. Prahovi rijetkih zemalja miješaju se s epoksidnim vezivom i prešaju na PMMA kalup, stvrdnjavaju pod visokim pritiskom, magnetiziraju pod jakim magnetskim poljima i na kraju se PMMA otapa ostavljajući za sobom sićušne jake magnete rijetkih zemalja koji su jedno od čuda mikroproizvodnja / mikrostrojna obrada. Također smo sposobni razviti višerazinske MEMS tehnike mikroproizvodnje/mikrostrojne obrade kroz difuzijsko spajanje pločica. U osnovi možemo imati previsne geometrije unutar MEMS uređaja, korištenjem skupnog difuzijskog spajanja i postupka otpuštanja. Na primjer, pripremamo dva PMMA uzorkovana i elektroformirana sloja s PMMA koji se naknadno oslobađa. Zatim se oblatne poravnaju licem u lice s klinovima za vođenje i spajaju zajedno u vrućoj preši. Žrtveni sloj na jednoj od podloga je ugraviran što rezultira time da je jedan od slojeva spojen s drugim. Druge tehnike mikroproizvodnje koje se ne temelje na LIGA-i također su nam dostupne za izradu raznih složenih višeslojnih struktura.

 

 

 

PROCESI MIKROPROIZVODNJE ČVRSTOG SLOBODNOG OBLIKA: aditivna mikroproizvodnja koristi se za brzu izradu prototipova. Složene 3D strukture mogu se dobiti ovom metodom mikrostrojne obrade i ne dolazi do uklanjanja materijala. Proces mikrostereolitografije koristi tekuće termoreaktivne polimere, fotoinicijator i visoko fokusirani laserski izvor do promjera od samo 1 mikrona i debljine sloja od oko 10 mikrona. Ova tehnika mikroproizvodnje ograničena je na proizvodnju neprovodljivih polimernih struktura. Druga metoda mikroproizvodnje, naime "instant masking" ili također poznata kao "elektrokemijska izrada" ili EFAB, uključuje proizvodnju elastomerne maske pomoću fotolitografije. Maska se zatim pritisne na supstrat u kupki za elektrotaloženje tako da se elastomer prilagodi supstratu i isključuje otopinu za nanošenje u kontaktnim područjima. Područja koja nisu maskirana elektrodeponiraju se kao zrcalna slika maske. Pomoću žrtvovanog punila mikrofabricirani su složeni 3D oblici. Ova metoda mikroproizvodnje/mikrostrojne obrade "instant masking" također omogućuje proizvodnju prepusta, lukova… itd.