Kroky na výrobu MEM

Kroky na výrobu MEM

Micro Electro Mechanical System je systém miniaturizovaných zariadení a štruktúr, ktoré je možné vyrobiť pomocou techník mikrofabrikácie. Je to systém mikrosenzorov, mikroaktivátorov a ďalších mikroštruktúr vyrobených spoločne na spoločnom kremíkovom substráte. Typický systém MEMs pozostáva z mikrosenzora, ktorý sníma prostredie a prevádza premennú prostredia na elektrický obvod . Mikroelektronika spracováva elektrický signál a mikroaktivátor pracuje na zmene prostredia.

Výroba zariadenia MEMs zahŕňa základné metódy výroby IC spolu s procesom mikroobrábania zahŕňajúcim selektívne odstránenie kremíka alebo pridanie ďalších štruktúrnych vrstiev.




Kroky výroby MEMs pomocou hromadného mikromechanického obrábania:

Hromadná mikromechanická technika zahŕňajúca fotolitografiu

Hromadná mikromechanická technika zahŕňajúca fotolitografiu



  • Krok 1 : Prvý krok zahŕňa návrh obvodu a nakreslenie obvodu buď na papieri alebo pomocou softvéru ako PSpice alebo Proteus.
  • Krok 2 : Druhý krok zahŕňa simuláciu obvodu a modelovanie pomocou CAD (Computer-Aided Design). CAD sa používa na návrh fotolitografickej masky, ktorá sa skladá zo sklenenej dosky potiahnutej chrómovým vzorom.
  • Krok 3 : Tretí krok zahŕňa fotolitografiu. V tomto kroku sa na kremíkový substrát nanesie tenký film izolačného materiálu, ako je oxid kremičitý, a potom sa pomocou techniky nanášania točením nanáša organická vrstva citlivá na ultrafialové lúče. Fotolitografická maska ​​sa potom umiestni do kontaktu s organickou vrstvou. Celá oblátka je potom vystavená UV žiareniu, čo umožňuje prenos masky so vzorom do organickej vrstvy. Žiarenie buď zosilňuje fotorezistor, ale zoslabuje ho. Nezakrytý oxid z exponovaného fotorezistu sa odstráni pomocou kyseliny chlorovodíkovej. Zvyšný fotorezist sa odstráni pomocou horúcej kyseliny sírovej a výsledkom je oxidový vzor na substráte, ktorý sa použije ako maska.
  • Krok 4 : Štvrtý krok zahŕňa odstránenie nepoužitého kremíka alebo leptanie. Zahŕňa to odstránenie väčšej časti podkladu pomocou mokrého alebo suchého leptania. Pri mokrom leptaní je substrát ponorený do kvapalného roztoku chemického leptadla, ktorý leptá alebo odstraňuje exponovaný substrát buď rovnako vo všetkých smeroch (izotropné leptadlo) alebo v určitom smere (anizotropický leptadlo). Obľúbenými leptadlami sú HNA (kyselina fluorovodíková, kyselina dusičná a kyselina octová) a KOH (hydroxid draselný).
  • Krok 5 : Piaty krok zahrnuje spojenie dvoch alebo viacerých doštičiek, aby sa získala viacvrstvová oblátka alebo 3 D štruktúra. Môže sa to uskutočniť pomocou fúzneho spojenia, ktoré zahrnuje priame spojenie medzi vrstvami, alebo pomocou anodického spojenia.
  • Krok 6 : The 6thkrok spočíva v zostavení a integrácii zariadenia MEM na jednom kremíkovom čipe.
  • Krok 7 : SedemthSúčasťou tohto kroku je zabalenie celej zostavy s cieľom zabezpečiť ochranu pred vonkajším prostredím, správne pripojenie k prostrediu, minimálne elektrické rušenie. Bežne používanými obalmi sú obaly z plechovky a keramické okná. Čipy sú spojené s povrchom buď pomocou techniky spájania drôtom, alebo pomocou technológie flip-chip, kde sú čipy spojené s povrchom pomocou adhezívneho materiálu, ktorý sa pri zahrievaní taví a vytvárajú elektrické spojenia medzi čipom a substrátom.

Výroba MEM pomocou povrchového mikromechanického obrábania

Výroba konzolových konštrukcií pomocou povrchového mikroobrábania

Výroba konzolových konštrukcií pomocou povrchového mikroobrábania

  • Prvý krok Zahŕňa nanášanie dočasnej vrstvy (vrstva oxidu alebo vrstva nitridu) na kremíkový substrát pomocou nízkotlakovej chemickej techniky nanášania pár. Táto vrstva je obetavou vrstvou a poskytuje elektrickú izoláciu.
  • Druhý krok zahŕňa ukladanie dištančnej vrstvy, ktorou môže byť fosfosilikátové sklo, používané na vytvorenie štruktúrnej bázy.
  • Tretí krok zahŕňa následné leptanie vrstvy pomocou techniky suchého leptania. Technikou suchého leptania môže byť reaktívne iónové leptanie, pri ktorom je povrch, ktorý sa má leptať, vystavený urýchľujúcim iónom plynu alebo leptania v plynnej fáze.
  • Štvrtý krok zahŕňa chemické nanášanie fosforom dotovaného polysilikónu na vytvorenie štruktúrnej vrstvy.
  • Piaty krok zahŕňa suché leptanie alebo odstránenie štruktúrnej vrstvy, aby sa odhalili podkladové vrstvy.
  • 6. krok spočíva v odstránení oxidovej vrstvy a dištančnej vrstvy, aby sa vytvorila požadovaná štruktúra.
  • Zvyšok krokov je podobný technike hromadného mikromechanického obrábania.

Výroba MEM pomocou techniky LIGA.

Jedná sa o techniku ​​výroby, ktorá spočíva v litografii, galvanickom pokovovaní a formovaní na jednom podklade.



Proces LIGA

Proces LIGA

  • 1svkrok spočíva v nanesení vrstvy titánu, medi alebo hliníka na podklad, aby sa vytvoril vzor.
  • dvandkrok spočíva v nanesení tenkej vrstvy niklu, ktorá slúži ako pokovovacia základňa.
  • 3rdkrok zahŕňa pridanie materiálu citlivého na röntgenové žiarenie, ako je PMMA (polymetylmetakrylát).
  • 4thkrok zahŕňa zarovnanie masky na povrch a vystavenie PMMA röntgenovému žiareniu. Exponovaná oblasť PMMA sa odstráni a zvyšná časť zakrytá maskou sa nechá.
  • 5thkrok zahŕňa umiestnenie štruktúry na báze PMMA do galvanického kúpeľa, kde je nikel nanesený na odstránené oblasti PMMA.
  • 6thkrok spočíva v odstránení zvyšnej vrstvy PMMA a pokovovacej vrstvy, aby sa odhalila požadovaná štruktúra.

Výhody technológie MEMs

  1. Poskytuje efektívne riešenie potreby miniaturizácie bez akýchkoľvek kompromisov v oblasti funkčnosti alebo výkonu.
  2. Znížia sa náklady a čas výroby.
  3. Zariadenia vyrobené MEM sú rýchlejšie, spoľahlivejšie a lacnejšie
  4. Zariadenia možno ľahko integrovať do systémov.

Tri praktické príklady vyrobených zariadení MEM

  • Senzor automobilového airbagu : Priekopníckou aplikáciou zariadení vyrobených pomocou MEM bol snímač airbagu automobilu, ktorý pozostával z akcelerometra (na meranie rýchlosti alebo zrýchlenia automobilu) a riadiaca elektronika jednotka vyrobená na jednom čipu, ktorý je možné vložiť do airbagu, a podľa toho riadiť nafúknutie airbagu.
  • Zariadenie BioMEMs : Zariadenie vyrobené pomocou MEM pozostáva zo štruktúry podobnej zubom, ktorá bola vyvinutá Sandia National Laboratories, ktorá má ustanovenie na zachytenie červených krviniek, injekciu s DNA, proteínmi alebo liekmi a potom ich späť.
  • Hlavička atramentovej tlačiarne: Zariadenie MEMs bolo vyrobené spoločnosťou HP, ktorá sa skladá z radu rezistorov, ktoré je možné odpaľovať pomocou mikroprocesorového riadenia a pri prechode atramentu cez vyhrievané odpory sa odparuje na bubliny a tieto bubliny sú vytláčané zo zariadenia tryskou, na papier a okamžite stuhnúť.

Takže som dal základnú predstavu o technikách výroby MEM. Je to dosť komplikované, ako sa zdá. Existuje aj veľa ďalších techník. ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa tejto témy alebo elektrických a elektronické projekty Dozviete sa o nich a tu doplníte svoje vedomosti.



Fotografický kredit:


  • Hromadná mikromechanická technika zahŕňajúca fotolitografiu 3.bp
  • Technika povrchovej mikroobrábania od memsnet