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 : 6^thЭтап включает сборку и интеграцию устройства MEM на единственном кремниевом кристалле.
Шаг 7 : 7^thЭтап 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

1^улшаг включает нанесение слоя титана, меди или алюминия на подложку для формирования рисунка.
два^ndшаг включает нанесение тонкого слоя никеля, который действует как основа покрытия.
3^rdшаг включает добавление чувствительного к рентгеновскому излучению материала, такого как ПММА (полиметилметаакрилат).
4^thшаг включает выравнивание маски по поверхности и воздействие рентгеновского излучения на ПММА. Открытая часть ПММА удаляется, а оставшаяся часть, закрытая маской, остается.
5^thшаг включает помещение структуры на основе ПММА в гальваническую ванну, в которой никель наносится на удаленные участки ПММА.
6^thшаг включает удаление оставшегося слоя PMMA и слоя покрытия, чтобы выявить требуемую структуру.

Преимущества технологии MEMs

“самодельный преобразователь постоянного тока в переменный ”

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: