Micro Electro Mechanical System sustav je minijaturiziranih uređaja i struktura koji se mogu proizvesti tehnikama mikrofabrikcije. To je sustav mikrosenzora, mikroaktatora i drugih mikrostruktura izrađenih zajedno na zajedničkoj silicijskoj podlozi. Tipični MEM sustav sastoji se od mikrosenzora koji osjeća okoliš i pretvara varijablu okoline u strujni krug . Mikroelektronika obrađuje električni signal i mikroaktator u skladu s tim djeluje na stvaranje promjene u okolišu.
Izrada MEM uređaja uključuje osnovne metode izrade IC zajedno s postupkom mikroobrade koji uključuje selektivno uklanjanje silicija ili dodavanje drugih strukturnih slojeva.
Koraci izrade MEM-ova pomoću skupno obrade:
Skupna tehnika mikroobradbe koja uključuje fotolitografiju
- Korak 1 : Prvi korak uključuje dizajn i crtanje sklopa na papiru ili pomoću softvera poput PSpice ili Proteus.
- Korak 2 : Drugi korak uključuje simulaciju sklopa i modeliranje pomoću CAD-a (Computer-Aided Design). CAD se koristi za dizajn fotolitografske maske koja se sastoji od staklene ploče presvučene kromiranim uzorkom.
- 3. korak : Treći korak uključuje fotolitografiju. U ovom se koraku tanki film izolacijskog materijala poput silicijevog dioksida presvlači preko silicijske podloge, a preko njega se tehnikom centrifugiranja nanosi organski sloj osjetljiv na ultraljubičaste zrake. Zatim se fotolitografska maska stavlja u kontakt s organskim slojem. Tada se cijela oblatna podvrgava UV zračenju, omogućujući prenošenje maske s uzorkom na organski sloj. Zračenje ili jača fotorezistor, slabi ga. Nepokriveni oksid s izloženog fotorezista uklanja se klorovodičnom kiselinom. Preostali fotootpor uklanja se vrućom sumpornom kiselinom, a rezultantni je oksidni uzorak na podlozi koji se koristi kao maska.
- 4. korak : Četvrti korak uključuje uklanjanje neiskorištenog silicija ili bakropis. Podrazumijeva uklanjanje većeg dijela podloge bilo mokrim nagrizanjem ili suvim nagrizanjem. U mokrom nagrizanju supstrat je uronjen u tekuću otopinu kemijskog nagrizača, koji istjekuje ili uklanja izloženi supstrat podjednako u svim smjerovima (izotropni nagrizač) ili u određenom smjeru (anizotropni nagrizač). Popularno korišteni nagrizači su HNA (fluorovodična kiselina, dušična kiselina i octena kiselina) i KOH (kalijev hidroksid).
- Korak 5 : Peti korak uključuje spajanje dvije ili više oblatni kako bi se dobila višeslojna oblatna ili 3-D struktura. To se može učiniti fuzijskim lijepljenjem koje uključuje izravno vezivanje između slojeva ili anodnim lijepljenjem.
- Korak 6 : 6thkorak uključuje sastavljanje i integriranje MEMs uređaja na jednom silicijskom čipu.
- Korak 7 : 7thkorak uključuje pakiranje cijelog sklopa kako bi se osigurala zaštita od vanjskog okoliša, pravilna povezanost s okolinom, minimalne električne smetnje. Uobičajeni paketi su metalna ambalaža i keramički prozor. Čips se veže na površinu tehnikom vezivanja žice ili pomoću tehnologije flip-chip, gdje se čips veže na površinu pomoću ljepljivog materijala koji se topli pri zagrijavanju, stvarajući električne veze između čipa i podloge.
Izrada MEM-ova pomoću površinske mikroobrade
Izrada konzolne konstrukcije pomoću površinske mikroobrade
- Prvi korak uključuje taloženje privremenog sloja (oksidni sloj ili nitridni sloj) na silicijsku podlogu primjenom tehnike kemijskog taloženja pod niskim tlakom. Ovaj sloj je žrtveni sloj i pruža električnu izolaciju.
- Drugi korak uključuje taloženje odstojnog sloja koji može biti fosfosilikatno staklo, a koristi se za pružanje strukturne osnove.
- Treći korak uključuje naknadno nagrizanje sloja tehnikom suhog nagrizanja. Tehnika suhog nagrizanja može biti reaktivno ionsko nagrizanje gdje se površina koja se nagriza podvrgava ubrzavajućim ionima nagrizanja u plinskoj ili parnoj fazi.
- Četvrti korak uključuje kemijsko taloženje polisilicija dopiranog fosforom da bi se stvorio strukturni sloj.
- Peti korak uključuje suho nagrizanje ili uklanjanje strukturnog sloja radi otkrivanja temeljnih slojeva.
- 6. korak uključuje uklanjanje oksidnog sloja i odstojnog sloja kako bi se stvorila potrebna struktura.
- Ostatak koraka sličan je tehnici mikroobradbe u rinfuzi.
Izrada MEM-ova korištenjem LIGA tehnike.
To je tehnika izrade koja uključuje litografiju, galvanizaciju i oblikovanje na jednoj podlozi.
LIGA postupak
- 1svkorak uključuje taloženje sloja titana ili bakra ili aluminija na podlogu kako bi se oblikovao uzorak.
- dvandkorak uključuje taloženje tankog sloja nikla koji djeluje kao osnova za oblaganje.
- 3rdkorak uključuje dodavanje materijala osjetljivog na rendgenske zrake poput PMMA (polimetil metakrilat).
- 4thkorak uključuje poravnavanje maske po površini i izlaganje PMMA rendgenskom zračenju. Otkriveno područje PMMA uklanja se, a preostalo pokriveno maskom ostavlja.
- 5thkorak uključuje postavljanje strukture na bazi PMMA u galvansku kupku u kojoj je nikal nanesen na uklonjena područja PMMA.
- 6thkorak uključuje uklanjanje preostalog sloja PMMA i sloja za oblaganje kako bi se otkrila potrebna struktura.
Prednosti MEMs tehnologije
- Pruža učinkovito rješenje potrebe za minijaturizacijom bez ikakvog kompromisa u pogledu funkcionalnosti ili performansi.
- Smanjuju se troškovi i vrijeme izrade.
- Uređaji izrađeni od MEM-a brži su, pouzdaniji i jeftiniji
- Uređaji se lako mogu integrirati u sustave.
Tri praktična primjera uređaja izrađenih od MEM-a
- Osjetnik automobilskog zračnog jastuka : Pionirska primjena uređaja izrađenih od MEM-a bio je senzor automobilskog zračnog jastuka koji se sastojao od akcelerometra (za mjerenje brzine ili ubrzanja automobila) i upravljačka elektronika jedinica proizvedena na jednom čipu koji se može ugraditi u zračni jastuk i u skladu s tim kontrolirati napuhavanje zračnog jastuka.
- BioMEMs uređaj : Proizvedeni uređaj MEM-a sastoji se od strukture nalik zubima koju je razvio Sandia National Laboratories, a koja ima mogućnost hvatanja crvenih krvnih stanica, ubrizgavanja DNA, proteina ili lijekova i puštanja natrag.
- Zaglavlje inkjet pisača: HP je izradio MEM-ov uređaj koji se sastoji od niza otpornika koji se mogu pucati pomoću mikroprocesorskog upravljanja, a kako tinta prolazi kroz zagrijane otpornike, ispari u mjehuriće i ti se mjehurići istisnu iz uređaja kroz mlaznicu, na papir i odmah se učvrsti.
Tako sam dao osnovnu ideju o tehnikama izrade MEM-ova. Prilično je komplicirano nego što se čini. Postoje i mnoge druge tehnike. ako imate pitanja o ovoj temi ili o električnim i elektronički projekti Upoznajte se s njima i dodajte svoje znanje ovdje.
Foto:
