Micro Electro Mechanical System je systém miniaturizovaných zařízení a struktur, které lze vyrobit pomocí technik mikrofabrikace. Je to systém mikrosenzorů, mikroaktivátorů a dalších mikrostruktur vyrobených společně na společném křemíkovém substrátu. Typický systém MEMs se skládá z mikrosenzoru, který snímá prostředí a převádí proměnnou prostředí na elektrický obvod . Mikroelektronika zpracovává elektrický signál a mikroaktivátor podle toho pracuje na vyvolání změny prostředí.
Výroba zařízení MEMs zahrnuje základní metody výroby IC spolu s procesem mikroobrábění zahrnujícím selektivní odstranění křemíku nebo přidání dalších strukturních vrstev.
Kroky výroby MEM pomocí hromadného mikroobrábění:
Hromadná mikromachetovací technika zahrnující fotolitografii
- Krok 1 : První krok zahrnuje návrh obvodu a kreslení obvodu buď na papíře, nebo pomocí softwaru jako PSpice nebo Proteus.
- Krok 2 : Druhý krok zahrnuje simulaci obvodu a modelování pomocí CAD (Computer-Aided Design). CAD se používá k návrhu fotolitografické masky, která se skládá ze skleněné desky potažené chromovým vzorem.
- Krok 3 : Třetí krok zahrnuje fotolitografii. V tomto kroku se na křemíkový substrát nanese tenký film izolačního materiálu, jako je oxid křemičitý, a poté se pomocí techniky odstřeďování nanese organická vrstva citlivá na ultrafialové paprsky. Fotolitografická maska se poté uvede do kontaktu s organickou vrstvou. Celá destička je poté vystavena UV záření, což umožňuje přenos masky vzoru do organické vrstvy. Záření buď zesiluje fotorezistor, oslabuje jej. Nezakrytý oxid na exponovaném fotorezistu se odstraní pomocí kyseliny chlorovodíkové. Zbývající fotorezist se odstraní pomocí horké kyseliny sírové a výsledkem je oxidový vzor na substrátu, který se použije jako maska.
- Krok 4 : Čtvrtý krok zahrnuje odstranění nepoužitého křemíku nebo leptání. Zahrnuje odstranění většiny podkladu buď pomocí mokrého leptání nebo suchého leptání. Při mokrém leptání je substrát ponořen do kapalného roztoku chemického leptadla, který leptá nebo odstraňuje exponovaný substrát buď rovnoměrně ve všech směrech (izotropní leptadlo) nebo v určitém směru (anizotropní leptadlo). Oblíbenými leptadly jsou HNA (kyselina fluorovodíková, kyselina dusičná a kyselina octová) a KOH (hydroxid draselný).
- Krok 5 : Pátý krok zahrnuje spojení dvou nebo více destiček za vzniku vícevrstvé oplatky nebo 3 D struktury. Lze to provést pomocí fúzního spojení, které zahrnuje přímé spojení mezi vrstvami nebo pomocí anodického spojení.
- Krok 6 : The 6thkrok zahrnuje sestavení a integraci zařízení MEM na jediném křemíkovém čipu.
- Krok 7 : The 7thTento krok zahrnuje zabalení celé sestavy, aby byla zajištěna ochrana před vnějším prostředím, správné připojení k prostředí, minimální elektrické rušení. Běžně používané obaly jsou kovové plechovky a keramické okenní obaly. Čipy jsou spojeny s povrchem buď pomocí techniky spojování drátem, nebo pomocí technologie flip-chip, kde jsou čipy spojeny s povrchem pomocí adhezivního materiálu, který se při zahřívání roztaví a vytvoří elektrické spojení mezi čipem a substrátem.
Výroba MEM pomocí povrchového mikromechanického obrábění
Výroba konzolových konstrukcí pomocí povrchového mikropracování
- První krok zahrnuje nanášení dočasné vrstvy (oxidové vrstvy nebo nitridové vrstvy) na křemíkový substrát pomocí techniky nízkotlakého chemického nanášení par. Tato vrstva je obětní vrstvou a poskytuje elektrickou izolaci.
- Druhý krok zahrnuje nanášení distanční vrstvy, kterou může být fosfokřemičité sklo, používané k poskytnutí strukturální základny.
- Třetí krok zahrnuje následné leptání vrstvy technikou suchého leptání. Suchou technikou leptání může být reaktivní iontové leptání, kde je povrch, který má být leptán, vystaven urychlení iontů plynné nebo plynné fáze leptání.
- Čtvrtý krok zahrnuje chemické ukládání fosforem dopovaného polysilikonu za vzniku strukturní vrstvy.
- Pátý krok zahrnuje suché leptání nebo odstranění strukturální vrstvy za účelem odhalení podkladových vrstev.
- 6. krok zahrnuje odstranění oxidové vrstvy a distanční vrstvy pro vytvoření požadované struktury.
- Zbytek kroků je podobný technice hromadného mikroobrábění.
Výroba MEM pomocí techniky LIGA.
Jedná se o techniku výroby, která zahrnuje litografii, galvanické pokovování a formování na jediném substrátu.
Proces LIGA
- 1Svatýkrok zahrnuje nanášení vrstvy titanu, mědi nebo hliníku na podklad za vzniku vzoru.
- dvandkrok zahrnuje nanášení tenké vrstvy niklu, která působí jako pokovovací základna.
- 3rdkrok zahrnuje přidání materiálu citlivého na rentgenové záření, jako je PMMA (polymethylmetakrylát).
- 4thkrok zahrnuje vyrovnání masky přes povrch a vystavení PMMA rentgenovému záření. Exponovaná oblast PMMA je odstraněna a zbývající část zakrytá maskou je ponechána.
- 5thkrok zahrnuje umístění struktury založené na PMMA do lázně pro galvanické pokovování, kde je nikl nanesen na odstraněné oblasti PMMA.
- 6thkrok zahrnuje odstranění zbývající vrstvy PMMA a vrstvy pokovování, aby se odhalila požadovaná struktura.
Výhody technologie MEM
- Poskytuje efektivní řešení potřeby miniaturizace bez jakýchkoli kompromisů ohledně funkčnosti nebo výkonu.
- Náklady a doba výroby jsou sníženy.
- Zařízení vyrobená MEM jsou rychlejší, spolehlivější a levnější
- Zařízení lze snadno integrovat do systémů.
Tři praktické příklady vyrobených zařízení MEM
- Senzor airbagu automobilu : Průkopnickou aplikací zařízení vyrobených MEM byl senzor airbagu automobilu, který sestával z akcelerometru (k měření rychlosti nebo zrychlení automobilu) a řídicí elektronika jednotka vyrobená na jediném čipu, který lze zabudovat do airbagu, a podle toho řídit nafouknutí airbagu.
- Zařízení BioMEMs : Zařízení vyrobené pomocí MEM sestává ze struktury podobné zubům, která byla vyvinuta Sandia National Laboratories, která má opatření k zachycení červených krvinek, injekci DNA, proteinů nebo léků a jejich následnému uvolnění.
- Záhlaví inkoustové tiskárny: Zařízení MEMs bylo vyrobeno společností HP, která se skládá z řady rezistorů, které lze vypálit pomocí mikroprocesorového řízení, a když inkoust prochází zahřátými odpory, odpařuje se na bubliny a tyto bubliny jsou vytlačovány ze zařízení tryskou, na papír a okamžitě ztuhnout.
Takže jsem dal základní představu o technikách výroby MEM. Je to docela komplikované, než se zdá. Dokonce existuje mnoho dalších technik. pokud máte nějaké dotazy k tomuto tématu nebo k elektrickým a elektronické projekty Seznamte se s nimi a přidejte své znalosti zde.
Fotografický kredit:
