Micro Electro Mechanical System er et system af miniaturiserede enheder og strukturer, der kan fremstilles ved hjælp af mikrofabrikationsteknikker. Det er et system af mikrosensorer, mikroaktuatorer og andre mikrostrukturer, der er fremstillet sammen på et fælles siliciumsubstrat. Et typisk MEM-system består af en mikrosensor, der registrerer miljøet og omdanner miljøvariablen til en elektrisk kredsløb . Mikroelektronikken behandler det elektriske signal, og mikroaktuatoren fungerer derfor med at skabe en ændring i miljøet.
Fremstilling af MEM-enheder involverer de grundlæggende IC-fremstillingsmetoder sammen med mikromaskineringsprocessen, der involverer selektiv fjernelse af silicium eller tilsætning af andre strukturelle lag.
Trin til fremstilling af MEM'er ved hjælp af mikromaskiner i bulk:
Mikrobearbejdningsteknik, der involverer fotolitografi
- Trin 1 : Det første trin involverer kredsløbsdesign og tegning af kredsløbet enten på et papir eller ved brug af software som PSpice eller Proteus.
- Trin 2 : Det andet trin involverer simulering af kredsløbet og modellering ved hjælp af CAD (Computer-Aided Design). CAD bruges til at designe den fotolitografiske maske, som består af glaspladen belagt med krommønster.
- Trin 3 : Det tredje trin involverer fotolitografi. I dette trin belægges en tynd film af isoleringsmateriale som siliciumdioxid over siliciumsubstratet, og over dette deponeres et organisk lag, der er følsomt for ultraviolette stråler ved hjælp af spincoatingteknik. Den fotolitografiske maske placeres derefter i kontakt med det organiske lag. Hele skiven udsættes derefter for UV-stråling, så mønstermasken kan overføres til det organiske lag. Strålingen styrker enten fotoresistoren og svækker den. Det udækkede oxid på den eksponerede fotoresist fjernes ved hjælp af saltsyre. Den resterende fotoresist fjernes ved hjælp af varm svovlsyre, og den resulterende er et oxidmønster på substratet, der bruges som en maske.
- Trin 4 : Det fjerde trin involverer fjernelse af ubrugt silicium eller ætsning. Det involverer fjernelse af en hovedpart af substratet enten ved hjælp af våd ætsning eller tør ætsning. Ved våd ætsning nedsænkes substratet i en flydende opløsning af et kemisk ætsemiddel, der ætser eller fjerner det eksponerede substrat enten lige i alle retninger (isotrop ætsemiddel) eller en bestemt retning (anisotrop ætsemiddel). Populært anvendte ætsemidler er HNA (flussyre, salpetersyre og eddikesyre) og KOH (kaliumhydroxid).
- Trin 5 : Det femte trin involverer sammenføjning af to eller flere vafler til at producere en flerlags wafer eller en 3 D-struktur. Det kan gøres ved hjælp af fusionsbinding, der involverer direkte binding mellem lagene eller ved anvendelse af anodisk binding.
- Trin 6 : 6thtrin involverer samling og integration af MEM-enheden på den enkelte siliciumchip.
- Trin 7 : 7thtrin involverer emballering af hele forsamlingen for at sikre beskyttelse mod det ydre miljø, korrekt forbindelse til miljøet, minimal elektrisk interferens. Almindeligt anvendte pakker er metalemballage og keramisk vinduespakke. Chippen er bundet til overfladen enten ved hjælp af en trådbindingsteknik eller ved hjælp af flip-chip-teknologi, hvor chipsene er bundet til overfladen ved hjælp af et klæbemateriale, der smelter ved opvarmning og danner elektriske forbindelser mellem chippen og underlaget.
MEMs fabrikation ved brug af Surface Micromachining
Fremstilling af Cantilever-struktur ved brug af Surface Micromachining
- Det første skridt involverer aflejring af det midlertidige lag (et oxidlag eller et nitridlag) på siliciumsubstratet ved anvendelse af en kemisk dampaflejringsteknik med lavt tryk. Dette lag er offerlaget og tilvejebringer elektrisk isolering.
- Det andet trin involverer aflejring af afstandslaget, som kan være et phosphosilikatglas, der anvendes til at tilvejebringe en strukturel base.
- Det tredje trin involverer efterfølgende ætsning af laget under anvendelse af tør ætseteknik. Tør ætseteknik kan være reaktiv ionætsning, hvor overfladen, der skal ætses, udsættes for accelererende ioner af gas- eller dampfaseætsningen.
- Det fjerde trin involverer den kemiske aflejring af fosfor-doteret polysilicium til dannelse af det strukturelle lag.
- Det femte trin involverer tør ætsning eller fjernelse af det strukturelle lag for at afsløre de underliggende lag.
- Det sjette trin involverer fjernelse af oxidlaget og afstandslaget for at danne den krævede struktur.
- Resten af trinnene svarer til mikromaskineringsteknikken i bulk.
MEM'er fremstiller ved hjælp af LIGA-teknik.
Det er en fabrikationsteknik, der involverer litografi, galvanisering og støbning på et enkelt substrat.
LIGA-proces
- 1St.trin involverer aflejring af et lag af titanium eller kobber eller aluminium på substratet for at danne et mønster.
- tondtrin involverer aflejring af et tyndt lag nikkel, der fungerer som belægningsbase.
- 3rdtrin involverer tilsætning af et røntgenfølsomt materiale som PMMA (polymethylmethaacrylat).
- 4thtrin indebærer at tilpasse en maske over overfladen og udsætte PMMA for røntgenstråling. Det eksponerede område af PMMA fjernes, og det resterende, der er dækket af masken, er tilbage.
- 5thtrin involverer anbringelse af den PMMA-baserede struktur i et galvaniseringsbad, hvori nikkel belægges på de fjernede PMMA-områder.
- 6thtrin involverer fjernelse af det resterende PMMA-lag og pletteringslaget for at afsløre den krævede struktur.
Fordele ved MEMs teknologi
- Det giver en effektiv løsning på behovet for miniaturisering uden kompromis med funktionalitet eller ydeevne.
- Omkostningerne og tiden til fremstilling reduceres.
- MEMs-fremstillede enheder er hurtigere, pålidelig og billigere
- Enhederne kan let integreres i systemer.
Tre praktiske eksempler på MEM-fabrikerede enheder
- Sensor til bilairbag : Den banebrydende anvendelse af MEM-fabrikerede enheder var bilens airbag-sensor, der bestod af et accelerometer (for at måle bilens hastighed eller acceleration) og kontrolelektronikken enhed fremstillet på en enkelt chip, som kan indlejres i airbaggen og dermed styre airbaggen.
- BioMEMs enhed : En MEMs-fremstillet enhed består af tænderlignende struktur, der er udviklet af Sandia National Laboratories, som har mulighed for at fange en rød blodlegeme, injicere den med DNA, proteiner eller stoffer og derefter frigive den tilbage.
- Inkjet printer header: En MEM-enhed er fremstillet af HP, som består af en række modstande, der kan fyres ved hjælp af mikroprocessorstyring, og når blækket passerer gennem de opvarmede modstande, fordampes det til bobler, og disse bobler tvinges ud af enheden gennem dysen, på papiret og straks størkne.
Så jeg har givet en grundlæggende idé om MEMs fabrikationsteknikker. Det er ret kompliceret, end det ser ud. Selv der er mange andre teknikker. hvis du har spørgsmål om dette emne eller det elektriske og elektroniske projekter Lær mere om dem og tilføj din viden her.
Fotokredit:
