Микромасштабное производство / Микропроизводство / Микрообработка / МЭМС

МИКРОМАШИННОЕ ПРОИЗВОДСТВО, МИКРОМАСШТАБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО, МИКРООБРАБОТКА или МИКРООБРАБОТКА относится к нашим процессам, подходящим для изготовления крошечных устройств и продуктов размером в микрон или микрон. Иногда габаритные размеры продукта микропроизводства могут быть больше, но мы по-прежнему используем этот термин для обозначения задействованных принципов и процессов. Мы используем подход микропроизводства для изготовления следующих типов устройств:

 

 

 

Микроэлектронные устройства: типичными примерами являются полупроводниковые микросхемы, работающие на основе электрических и электронных принципов.

 

Микромеханические устройства: это изделия чисто механического характера, такие как очень маленькие шестерни и шарниры.

 

Микроэлектромеханические устройства: мы используем методы микропроизводства для объединения механических, электрических и электронных элементов в очень малых масштабах. Большинство наших датчиков относятся к этой категории.

 

Микроэлектромеханические системы (МЭМС): Эти микроэлектромеханические устройства также включают в себя интегрированную электрическую систему в одном изделии. Нашими популярными коммерческими продуктами в этой категории являются акселерометры MEMS, датчики подушек безопасности и цифровые микрозеркальные устройства.

 

 

 

В зависимости от продукта, который необходимо изготовить, мы используем один из следующих основных методов микропроизводства:

 

ОБЪЕМНАЯ МИКРООБРАБОТКА: Это относительно старый метод, в котором используется травление в зависимости от ориентации на монокристаллическом кремнии. Подход объемной микрообработки основан на травлении вглубь поверхности и остановке на определенных гранях кристалла, легированных участках и вытравливаемых пленках для формирования требуемой структуры. Типичные продукты, которые мы можем производить с использованием технологии объемной микрообработки:

 

- Крошечные консоли

 

- V-образные канавки из кремния для выравнивания и фиксации оптических волокон.

 

МИКРООБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ: К сожалению, объемная микрообработка ограничивается монокристаллическими материалами, поскольку поликристаллические материалы не будут обрабатываться с разной скоростью в разных направлениях с использованием влажных травителей. Поэтому поверхностная микрообработка выделяется как альтернатива объемной микрообработке. Разделительный или расходуемый слой, такой как фосфосиликатное стекло, осаждается с помощью процесса CVD на кремниевую подложку. Вообще говоря, на дистанционирующий слой наносят конструкционные тонкопленочные слои поликремния, металла, металлических сплавов, диэлектриков. Используя методы сухого травления, структурные слои тонкой пленки формируют узор, а влажное травление используется для удаления расходуемого слоя, в результате чего получаются отдельно стоящие конструкции, такие как консоли. Также возможно использование комбинаций методов объемной и поверхностной микрообработки для превращения некоторых конструкций в изделия. Типичные продукты, подходящие для микропроизводства с использованием комбинации двух вышеуказанных методов:

 

- Микролампы субмиллиметрового размера (размером порядка 0,1 мм)

 

- Датчики давления

 

- Микронасосы

 

- Микромоторы

 

- Приводы

 

- Устройства с микрожидкостным потоком

 

Иногда для получения высоких вертикальных структур микропроизводство выполняется на больших плоских конструкциях горизонтально, а затем структуры поворачиваются или складываются в вертикальное положение с использованием таких методов, как центрифугирование или микросборка с зондами. Тем не менее, очень высокие структуры могут быть получены из монокристаллического кремния с использованием сплавления кремния и глубокого реактивного ионного травления. Процесс микропроизводства методом глубокого реактивного ионного травления (DRIE) осуществляется на двух отдельных пластинах, которые затем выравниваются и соединяются плавлением для получения очень высоких структур, которые в противном случае были бы невозможны.

 

 

 

МИКРОПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ LIGA: Процесс LIGA сочетает в себе рентгеновскую литографию, электроосаждение, формование и обычно включает следующие этапы:

 

 

 

1. Полиметилметакрилатный (ПММА) резистивный слой толщиной несколько сотен микрон наносится на первичную подложку.

 

2. ПММА разработан с использованием коллимированных рентгеновских лучей.

 

3. Электроосаждение металла на первичную подложку.

 

4. ПММА удаляется, остается отдельно стоящая металлическая конструкция.

 

5. Используем оставшуюся металлоконструкцию в качестве формы и выполняем литье пластмасс под давлением.

 

 

 

Если вы проанализируете основные пять шагов, описанных выше, используя методы микропроизводства / микрообработки LIGA, мы можем получить:

 

 

 

- Отдельно стоящие металлические конструкции

 

- Литые пластиковые конструкции.

 

- Используя форму для литья под давлением в качестве заготовки, мы можем формировать литые металлические детали или шликерные керамические детали.

 

 

 

Процессы микропроизводства/микрообработки LIGA требуют много времени и средств. Однако микрообработка LIGA производит формы с субмикронной точностью, которые можно использовать для воспроизведения желаемых структур с явными преимуществами. Микропроизводство LIGA можно использовать, например, для изготовления очень сильных миниатюрных магнитов из порошков редкоземельных элементов. Порошки редкоземельных элементов смешиваются с эпоксидным связующим и прижимаются к форме из ПММА, отверждаются под высоким давлением, намагничиваются сильными магнитными полями, и, наконец, ПММА растворяется, оставляя после себя крошечные сильные редкоземельные магниты, которые являются одним из чудес микропроизводство / микрообработка. Мы также способны разрабатывать многоуровневые методы микропроизводства / микрообработки МЭМС посредством диффузионного соединения в масштабе пластины. По сути, мы можем иметь выступающие геометрии в устройствах MEMS, используя процедуру пакетного диффузионного соединения и выпуска. Например, мы готовим два слоя ПММА с рисунком и методом гальванопластики с последующим высвобождением ПММА. Затем пластины выравниваются лицом к лицу с помощью направляющих штифтов и прижимаются друг к другу в горячем прессе. Жертвенный слой на одной из подложек стравливается, в результате чего один из слоев склеивается с другим. Другие методы микропроизводства, не основанные на LIGA, также доступны для изготовления различных сложных многослойных структур.

 

 

 

ТВЕРДЫЕ ПРОЦЕССЫ МИКРОИЗГОТОВЛЕНИЯ СВОБОДНОЙ ФОРМЫ: Аддитивное микропроизводство используется для быстрого прототипирования. С помощью этого метода микрообработки можно получить сложные трехмерные структуры без удаления материала. В процессе микростереолитографии используются жидкие термореактивные полимеры, фотоинициатор и высокосфокусированный лазерный источник с диаметром до 1 микрона и толщиной слоя около 10 микрон. Однако этот метод микропроизводства ограничен производством непроводящих полимерных структур. Другой метод микропроизводства, а именно «мгновенное маскирование» или также известный как «электрохимическое изготовление» или EFAB, включает изготовление эластомерной маски с использованием фотолитографии. Затем маска прижимается к подложке в ванне для электроосаждения, так что эластомер прилегает к подложке и исключает наличие гальванического раствора в контактных зонах. Области, которые не замаскированы, осаждаются электроосаждением как зеркальное отражение маски. С помощью расходуемого наполнителя изготавливаются сложные трехмерные формы. Этот метод микропроизводства/микрообработки «мгновенной маскировки» также позволяет изготавливать выступы, арки и т. д.