การผลิตระดับไมโคร / การผลิตระดับไมโคร / ไมโครแมชชีนนิ่ง / MEMS

MICROMANUFACTURING, MICROSCALE MANUFACTURING, MICROFABRICATION or MICROMACHINING_cc781905-5cde-3194-bb3 การผลิตผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กและขนาดไมครอนที่เหมาะสม บางครั้งขนาดโดยรวมของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในระดับไมโครอาจมีขนาดใหญ่ขึ้น แต่เรายังคงใช้คำนี้เพื่ออ้างถึงหลักการและกระบวนการที่เกี่ยวข้อง เราใช้แนวทางการผลิตขนาดเล็กเพื่อสร้างอุปกรณ์ประเภทต่อไปนี้:

 

 

 

อุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์: ตัวอย่างทั่วไปคือชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่ทำงานตามหลักการทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

 

อุปกรณ์เครื่องกลขนาดเล็ก: ผลิตภัณฑ์เหล่านี้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะเป็นกลไกล้วนๆ เช่น เฟืองและบานพับขนาดเล็กมาก

 

อุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก: เราใช้เทคนิคการผลิตขนาดเล็กเพื่อรวมองค์ประกอบทางกล ไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์เข้าด้วยกันในขนาดความยาวที่เล็กมาก เซ็นเซอร์ส่วนใหญ่ของเราอยู่ในหมวดหมู่นี้

 

Microelectromechanical Systems (MEMS): อุปกรณ์ไมโครไฟฟ้าเหล่านี้ยังรวมระบบไฟฟ้าแบบบูรณาการในผลิตภัณฑ์เดียว ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ยอดนิยมของเราในหมวดหมู่นี้ ได้แก่ มาตรความเร่ง MEMS เซ็นเซอร์ถุงลมนิรภัย และอุปกรณ์ไมโครมิเรอร์ดิจิตอล

 

 

 

ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ที่จะประดิษฐ์ เราปรับใช้หนึ่งในวิธีการผลิตขนาดเล็กที่สำคัญดังต่อไปนี้:

 

MICROMACHINING จำนวนมาก: นี่เป็นวิธีการที่ค่อนข้างเก่ากว่าซึ่งใช้การกัดตามการวางแนวบนซิลิกอนผลึกเดี่ยว วิธีการไมโครแมชชีนนิ่งแบบเทกองจะขึ้นอยู่กับการกัดเซาะลงบนพื้นผิว และการหยุดบนพื้นผิวคริสตัลบางส่วน บริเวณที่เจือ และฟิล์มที่กัดได้เพื่อสร้างโครงสร้างที่ต้องการ ผลิตภัณฑ์ทั่วไปที่เราสามารถผลิตไมโครแมชชีนนิ่งโดยใช้เทคนิคไมโครแมชชีนนิ่งจำนวนมาก ได้แก่:

 

- คานเท้าแขนเล็ก

 

- ร่องวีในซิลิกอนสำหรับการจัดตำแหน่งและการตรึงเส้นใยแก้วนำแสง

 

ไมโครแมชชีนนิ่งบนพื้นผิว: น่าเสียดายที่ไมโครแมชชีนนิ่งขนาดเล็กจำนวนมากถูกจำกัดให้ใช้กับวัสดุผลึกเดี่ยว เนื่องจากวัสดุโพลีคริสตัลไลน์จะไม่ตัดเฉือนในอัตราที่ต่างกันในทิศทางที่ต่างกันโดยใช้การกัดเซาะแบบเปียก ดังนั้นไมโครแมชชีนนิ่งพื้นผิวจึงโดดเด่นเป็นทางเลือกแทนไมโครแมชชีนนิ่งจำนวนมาก ตัวเว้นวรรคหรือชั้นบูชายัญ เช่น แก้วฟอสโฟซิลิเกต ถูกวางโดยใช้กระบวนการ CVD ลงบนพื้นผิวซิลิกอน โดยทั่วไป ชั้นฟิล์มบางที่มีโครงสร้างของโพลีซิลิคอน โลหะ โลหะผสม และไดอิเล็กทริกจะสะสมอยู่บนชั้นตัวเว้นวรรค การใช้เทคนิคการกัดแบบแห้ง ชั้นฟิล์มบางที่มีโครงสร้างจะมีลวดลาย และใช้การกัดแบบเปียกเพื่อขจัดชั้นการบูชายัญ ส่งผลให้โครงสร้างตั้งได้อิสระ เช่น คานรับน้ำหนัก เป็นไปได้ด้วยการใช้เทคนิคไมโครแมชชีนนิ่งจำนวนมากและพื้นผิวเพื่อเปลี่ยนการออกแบบบางอย่างให้เป็นผลิตภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์ทั่วไปที่เหมาะสำหรับการผลิตระดับไมโครโดยใช้เทคนิคสองประการข้างต้นร่วมกัน:

 

- ไมโครแลมป์ขนาดย่อย (เรียงตามขนาด 0.1 มม.)

 

- เซ็นเซอร์ความดัน

 

- ไมโครปั๊ม

 

- ไมโครมอเตอร์

 

- แอคทูเอเตอร์

 

- อุปกรณ์ไมโครของเหลวไหล

 

บางครั้ง เพื่อให้ได้โครงสร้างแนวตั้งสูง การผลิตขนาดเล็กจะดำเนินการบนโครงสร้างแบนขนาดใหญ่ในแนวนอน จากนั้นโครงสร้างจะหมุนหรือพับให้เป็นตำแหน่งตั้งตรงโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การปั่นแยกหรือการประกอบไมโครด้วยโพรบ โครงสร้างที่สูงมากสามารถหาได้ในซิลิกอนผลึกเดี่ยวโดยใช้พันธะซิลิกอนฟิวชั่นและการแกะสลักด้วยไอออนที่มีปฏิกิริยาเชิงลึก กระบวนการผลิตไมโครไมโครรีแอกทีฟรีแอกทีฟไอออน (DRIE) แบบรีแอคทีฟเชิงลึกจะดำเนินการบนแผ่นเวเฟอร์สองแผ่นแยกกัน จากนั้นจัดตำแหน่งและหลอมรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่สูงมาก ซึ่งมิฉะนั้นจะเป็นไปไม่ได้

 

 

 

กระบวนการ LIGA MICROMANUFACTURING PROCESSES: กระบวนการ LIGA ผสมผสานการพิมพ์หินเอ็กซ์เรย์ อิเล็กโทรด การขึ้นรูป และโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่อไปนี้:

 

 

 

1. ชั้นต้านทานพอลิเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) ที่มีความหนาไม่กี่ร้อยไมครอนถูกวางลงบนพื้นผิวหลัก

 

2. PMMA ได้รับการพัฒนาโดยใช้รังสีเอกซ์

 

3. โลหะถูกอิเล็กโทรดโพซิชั่นลงบนพื้นผิวหลัก

 

4. PMMA ถูกถอดออกและยังคงโครงสร้างโลหะอิสระ

 

5. เราใช้โครงสร้างโลหะที่เหลือเป็นแม่พิมพ์และทำแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก

 

 

 

หากคุณวิเคราะห์ห้าขั้นตอนพื้นฐานข้างต้น โดยใช้เทคนิคการผลิตขนาดเล็ก / ไมโครแมชชีนนิ่งของ LIGA ที่เราจะได้รับ:

 

 

 

- โครงสร้างโลหะอิสระ

 

- โครงสร้างพลาสติกฉีดขึ้นรูป

 

- การใช้โครงสร้างแบบฉีดขึ้นรูปเป็นชิ้นงานเปล่า เราสามารถลงทุนชิ้นส่วนโลหะหล่อหรือชิ้นส่วนเซรามิกหล่อลื่นได้

 

 

 

กระบวนการผลิตไมโคร/ไมโครแมชชีนนิ่งของ LIGA ใช้เวลานานและมีราคาแพง อย่างไรก็ตาม ไมโครแมชชีนนิ่ง LIGA ผลิตแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำระดับต่ำกว่าไมครอน ซึ่งสามารถใช้จำลองโครงสร้างที่ต้องการได้โดยมีข้อดีที่แตกต่างกัน การผลิตระดับไมโครของ LIGA สามารถนำมาใช้เช่น ในการประดิษฐ์แม่เหล็กขนาดเล็กที่แข็งแรงมากจากผงแรร์เอิร์ธ ผงแรร์เอิร์ธผสมกับสารยึดเกาะอีพ็อกซี่และกดลงในแม่พิมพ์ PMMA บ่มภายใต้ความดันสูง ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กภายใต้สนามแม่เหล็กแรงสูง และในที่สุด PMMA จะละลายหายไป เหลือไว้ซึ่งแม่เหล็กแรร์เอิร์ธขนาดเล็กที่แข็งแกร่ง ซึ่งเป็นหนึ่งในสิ่งมหัศจรรย์ของ การผลิตขนาดเล็ก / ไมโครแมชชีนนิ่ง นอกจากนี้เรายังสามารถพัฒนาเทคนิคการผลิตไมโครแมชชีนนิ่ง / ไมโครแมชชีนนิ่ง MEMS หลายระดับผ่านพันธะการแพร่กระจายในระดับเวเฟอร์ โดยพื้นฐานแล้ว เราสามารถมีรูปทรงที่ยื่นออกมาภายในอุปกรณ์ MEMS โดยใช้กระบวนการพันธะและการปล่อยแบบกลุ่ม ตัวอย่างเช่น เราเตรียมชั้น PMMA ที่มีลวดลายและแบบไฟฟ้าสองชั้นด้วย PMMA ที่ปล่อยออกมาในเวลาต่อมา ถัดไป เวเฟอร์จะถูกจัดเรียงแบบตัวต่อตัวด้วยหมุดไกด์และกดให้พอดีกันในการกดร้อน ชั้นบูชายัญบนวัสดุพิมพ์ชิ้นใดชิ้นหนึ่งถูกกัดเซาะออกไปซึ่งส่งผลให้ชั้นหนึ่งถูกผูกมัดกับอีกชั้นหนึ่ง เทคนิคการผลิตขนาดเล็กอื่นๆ ที่ไม่ใช่ของ LIGA นั้นมีให้เราใช้สำหรับการประดิษฐ์โครงสร้างหลายชั้นที่ซับซ้อนต่างๆ

 

 

 

กระบวนการไมโครแฟคเตอร์แบบแข็งอิสระ: การผลิตขนาดเล็กแบบเพิ่มเนื้อจะใช้สำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว สามารถสร้างโครงสร้าง 3 มิติที่ซับซ้อนได้ด้วยวิธีการไมโครแมชชีนนิ่งนี้ และไม่มีการกำจัดวัสดุเกิดขึ้น กระบวนการ microstereolithography ใช้โพลีเมอร์เทอร์โมเซตติงเหลว โฟโตอินิทิเอเตอร์ และแหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่มีจุดโฟกัสสูง จนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กเพียง 1 ไมครอนและความหนาของชั้นประมาณ 10 ไมครอน เทคนิคการผลิตขนาดเล็กนี้จำกัดเฉพาะการผลิตโครงสร้างพอลิเมอร์ที่ไม่นำไฟฟ้า วิธีการผลิตระดับไมโครอีกวิธีหนึ่ง คือ “การกำบังทันที” หรือที่รู้จักในชื่อ “การผลิตไฟฟ้าเคมี” หรือ EFAB เกี่ยวข้องกับการผลิตมาสก์อิลาสโตเมอร์โดยใช้โฟโตลิโทกราฟี จากนั้นมาสก์จะถูกกดลงบนซับสเตรตในอ่างอิเล็กโทรดเพื่อให้อีลาสโตเมอร์สอดคล้องกับซับสเตรตและไม่รวมสารละลายการชุบในบริเวณที่สัมผัส บริเวณที่ไม่ได้ปิดบังจะถูกวางอิเล็กโทรดเป็นภาพสะท้อนของหน้ากาก การใช้ฟิลเลอร์แบบสังเวยทำให้รูปร่าง 3 มิติที่ซับซ้อนถูกสร้างขึ้นด้วยไมโครไฟเบอร์ วิธีการผลิตไมโคร/ไมโครแมชชีนนิ่ง “การกำบังทันที” นี้ทำให้สามารถผลิตระยะยื่น ส่วนโค้ง... ฯลฯ