Микро-электромеханическая система - это система миниатюрных устройств и структур, которые могут быть изготовлены с использованием методов микротехнологии. Это система микросенсоров, микроактюаторов и других микроструктур, изготовленных вместе на общей кремниевой подложке. Типичная MEM-система состоит из микросенсора, который воспринимает окружающую среду и преобразует переменную среды в электрическая цепь . Микроэлектроника обрабатывает электрический сигнал, и микропривод, соответственно, работает, чтобы произвести изменение в окружающей среде.
Изготовление устройства MEM включает в себя основные методы изготовления ИС, а также процесс микрообработки, включающий селективное удаление кремния или добавление других структурных слоев.
Этапы изготовления MEM с использованием объемной микрообработки:
Технология объемной микрообработки с использованием фотолитографии
- Шаг 1 : Первый шаг включает в себя проектирование схемы и ее рисование на бумаге или с использованием программного обеспечения, такого как PSpice или Proteus.
- Шаг 2 : Второй шаг включает моделирование схемы и моделирование с помощью САПР (автоматизированного проектирования). CAD используется для создания фотолитографической маски, которая состоит из стеклянной пластины, покрытой хромовым узором.
- Шаг 3 : Третий шаг - фотолитография. На этом этапе тонкая пленка изолирующего материала, такого как диоксид кремния, покрывается поверх кремниевой подложки, а поверх нее осаждается органический слой, чувствительный к ультрафиолетовым лучам, с использованием технологии центрифугирования. Затем фотолитографическую маску приводят в контакт с органическим слоем. Затем вся пластина подвергается УФ-излучению, что позволяет переносить маску рисунка на органический слой. Излучение либо усиливает фоторезистор, либо ослабляет его. Непокрытый оксид на экспонированном фоторезисте удаляют с помощью соляной кислоты. Оставшийся фоторезист удаляется горячей серной кислотой, и в результате образуется оксидный узор на подложке, который используется в качестве маски.
- Шаг 4 : Четвертый шаг включает удаление неиспользованного силикона или травление. Он включает в себя удаление основной части подложки с использованием влажного или сухого травления. При влажном травлении подложка погружается в жидкий раствор химического травителя, который вытравливает или удаляет открытую подложку либо одинаково во всех направлениях (изотропный травитель), либо в определенном направлении (анизотропный травитель). Часто используемые травители - HNA (плавиковая кислота, азотная кислота и уксусная кислота) и KOH (гидроксид калия).
- Шаг 5 : Пятый шаг включает в себя соединение двух или более пластин для получения многослойной пластины или трехмерной структуры. Это может быть выполнено с использованием соединения плавлением, которое включает прямое соединение между слоями, или с использованием анодного соединения.
- Шаг 6 : 6thЭтап включает сборку и интеграцию устройства MEM на единственном кремниевом кристалле.
- Шаг 7 : 7thЭтап подразумевает упаковку всей сборки для обеспечения защиты от внешней среды, правильного подключения к окружающей среде, минимальных электрических помех. Обычно используемые упаковки - это металлические банки и керамические окна. Чипы прикрепляются к поверхности либо с помощью технологии соединения проволокой, либо с использованием технологии флип-чипа, при которой чипы прикрепляются к поверхности с помощью клеящего материала, который плавится при нагревании, образуя электрические соединения между чипом и подложкой.
Изготовление МЭМ с использованием поверхностной микрообработки
Изготовление консольной конструкции с использованием поверхностной микрообработки
- Первый шаг включает осаждение временного слоя (оксидного слоя или нитридного слоя) на кремниевую подложку с использованием метода химического осаждения из паровой фазы при низком давлении. Этот слой является жертвенным слоем и обеспечивает электрическую изоляцию.
- Второй шаг включает нанесение разделительного слоя, который может быть фосфосиликатным стеклом, используемым для создания структурной основы.
- Третий шаг предполагает последующее травление слоя методом сухого травления. Техника сухого травления может представлять собой реактивное ионное травление, при котором травимая поверхность подвергается ускоряющим ионам газовой или паровой фазы травления.
- Четвертый шаг включает химическое осаждение поликремния, легированного фосфором, с образованием структурного слоя.
- Пятый шаг включает сухое травление или удаление структурного слоя для выявления нижележащих слоев.
- Шестой шаг включает удаление оксидного слоя и разделительного слоя для образования необходимой структуры.
- Остальные этапы аналогичны технике объемной микрообработки.
Изготовление МЭМ по технологии LIGA.
Это технология изготовления, которая включает литографию, гальваническое покрытие и литье на единой подложке.
LIGA Процесс
- 1улшаг включает нанесение слоя титана, меди или алюминия на подложку для формирования рисунка.
- дваndшаг включает нанесение тонкого слоя никеля, который действует как основа покрытия.
- 3rdшаг включает добавление чувствительного к рентгеновскому излучению материала, такого как ПММА (полиметилметаакрилат).
- 4thшаг включает выравнивание маски по поверхности и воздействие рентгеновского излучения на ПММА. Открытая часть ПММА удаляется, а оставшаяся часть, закрытая маской, остается.
- 5thшаг включает помещение структуры на основе ПММА в гальваническую ванну, в которой никель наносится на удаленные участки ПММА.
- 6thшаг включает удаление оставшегося слоя PMMA и слоя покрытия, чтобы выявить требуемую структуру.
Преимущества технологии MEMs
- Он обеспечивает эффективное решение потребности в миниатюризации без какого-либо ущерба для функциональности или производительности.
- Снижается стоимость и время изготовления.
- Изготовленные МЭМ устройства быстрее, надежнее и дешевле.
- Устройства легко интегрируются в системы.
Три практических примера изготовленных устройств MEM
- Датчик автомобильной подушки безопасности : Первым применением устройств, изготовленных MEM, был датчик автомобильной подушки безопасности, который состоял из акселерометра (для измерения скорости или ускорения автомобиля) и управляющая электроника Устройство, изготовленное на единой микросхеме, может быть встроено в подушку безопасности и, соответственно, контролировать ее надувание.
- Устройство BioMEMs : Изготовленное MEM устройство состоит из структуры, подобной зубам, которая была разработана Sandia National Laboratories, которая может улавливать эритроцит, вводить в него ДНК, белки или лекарства, а затем высвобождать его обратно.
- Заголовок струйного принтера: Компания HP изготовила MEM-устройство, которое состоит из набора резисторов, которые можно активировать с помощью микропроцессорного управления, и когда чернила проходят через нагретые резисторы, они испаряются в пузырьки, и эти пузырьки вытесняются из устройства через сопло. на бумагу и мгновенно затвердеет.
Итак, я дал основное представление о методах изготовления МЭМ. Это довольно сложно, чем кажется. Даже есть много других техник. если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме или по электрическим и электронные проекты Узнайте о них и поделитесь своими знаниями здесь.
Фото:
