Micro Electro Mechanical System je sistem miniaturiziranih naprav in struktur, ki jih je mogoče izdelati s pomočjo tehnik mikroizdelave. To je sistem mikrosenzorjev, mikroaktuatorjev in drugih mikrostruktur, izdelanih skupaj na skupnem silicijevem substratu. Tipičen sistem MEM je sestavljen iz mikrosenzorja, ki zaznava okolje in pretvarja spremenljivko okolja v električni tokokrog . Mikroelektronika obdeluje električni signal in mikroaktuator v skladu s tem deluje na spremembe v okolju.

Izdelava naprave MEM vključuje osnovne metode izdelave IC skupaj s postopkom mikroobdelave, ki vključuje selektivno odstranjevanje silicija ali dodajanje drugih strukturnih plasti.

Koraki izdelave MEM-ov z uporabo razsutega mikroobdelovanja:

Tehnika mikroobdelave v razsutem stanju, ki vključuje fotolitografijo

Korak 1 : Prvi korak vključuje zasnovo vezja in risanje vezja na papirju ali z uporabo programske opreme, kot sta PSpice ali Proteus.
2. korak : Drugi korak vključuje simulacijo vezja in modeliranje s pomočjo CAD (Computer-Aided Design). CAD se uporablja za oblikovanje fotolitografske maske, ki je sestavljena iz steklene plošče, prevlečene s kromovim vzorcem.
3. korak : Tretji korak vključuje fotolitografijo. V tem koraku se na silicijev substrat nanese tanek film izolacijskega materiala, kot je silicijev dioksid, in preko tega se s tehniko centrifugiranja nanese organska plast, občutljiva na ultravijolične žarke. Nato se fotolithografska maska postavi v stik z organsko plastjo. Nato je celotna rezina izpostavljena UV-sevanju, kar omogoča prenos vzorčne maske na organsko plast. Sevanje bodisi ojača fotorezistor, ga oslabi. Nepokriti oksid na izpostavljenem fotorezistu odstranimo s klorovodikovo kislino. Preostali fotorezist se odstrani z vročo žveplovo kislino in nastali oksidni vzorec na substratu, ki se uporablja kot maska.
4. korak : Četrti korak vključuje odstranjevanje neuporabljenega silicija ali jedkanje. Vključuje odstranjevanje glavnine podlage bodisi z mokrim jedkanjem bodisi s suhim jedkanjem. Pri mokrem jedkanju je substrat potopljen v tekočo raztopino kemičnega jedkalnika, ki izpostavljeni substrat iztisne ali odstrani bodisi enako v vse smeri (izotropno jedkalo) bodisi v določeno smer (anizotropno jedkalo). Popularno uporabljeni jedkalniki so HNA (fluorovodikova kislina, dušikova kislina in ocetna kislina) in KOH (kalijev hidroksid).
5. korak : Peti korak vključuje spajanje dveh ali več rezin, da dobimo večplastno rezino ali tridimenzionalno strukturo. To se lahko izvede s fuzijsko vezavo, ki vključuje neposredno vezavo med plastmi ali z uporabo anodne vezi.
6. korak : 6^thkorak vključuje sestavljanje in integracijo naprave MEM na enem silicijevem čipu.
7. korak : 7^thkorak vključuje pakiranje celotnega sklopa, da se zagotovi zaščita pred zunanjim okoljem, pravilna povezava z okoljem, minimalne električne motnje. Pogosto uporabljana embalaža je kovinska embalaža in embalaža iz keramičnih oken. Ostružki so vezani na površino bodisi s tehniko vezanja žice bodisi s tehnologijo flip-chip, pri čemer so ostružki vezani na površino z lepilnim materialom, ki se pri segrevanju topi in tvori električne povezave med ostružkom in podlago.

Izdelava MEM s pomočjo površinske mikroobdelave

Izdelava konzolne konstrukcije z uporabo površinske mikroobdelave

Prvi korak vključuje nanašanje začasne plasti (oksidna plast ali nitridna plast) na silicijev substrat z uporabo tehnike nizkotlačnega nanašanja kemičnih hlapov. Ta plast je daritvena plast in zagotavlja električno izolacijo.
Drugi korak vključuje nanašanje distančne plasti, ki je lahko fosfosilikatno steklo, ki se uporablja za zagotavljanje strukturne podlage.
Tretji korak vključuje naknadno jedkanje sloja s tehniko suhega jedkanja. Tehnika suhega jedkanja je lahko reaktivno ionsko jedkanje, kjer je površina, ki jo je treba jedkati, izpostavljena pospeševalnim ionom jedkanja v plinski ali parni fazi.
Četrti korak vključuje kemično nanašanje polsilikona, dopiranega s fosforjem, da tvori strukturno plast.
Peti korak vključuje suho jedkanje ali odstranjevanje strukturne plasti, da se razkrijejo spodnje plasti.
6. korak vključuje odstranjevanje oksidne plasti in distančne plasti, da se tvori zahtevana struktura.
Preostali koraki so podobni tehniki mikroobdelave v razsutem stanju.

Izdelava MEM s tehniko LIGA.

Gre za tehniko izdelave, ki vključuje litografijo, galvanizacijo in oblikovanje na enem samem substratu.

Proces LIGA

1.^stkorak vključuje nanos sloja titana ali bakra ali aluminija na podlago, da se tvori vzorec.
dva^ndkorak vključuje nanašanje tanke plasti niklja, ki deluje kot prevlečna osnova.
3.^rdkorak vključuje dodajanje rentgensko občutljivega materiala, kot je PMMA (polimetil metakrilat).
4.^thkorak vključuje poravnavo maske po površini in izpostavljanje PMMA rentgenskemu sevanju. Odkrito območje PMMA se odstrani, preostalo območje, pokrito z masko, pa ostane.
5.^thkorak vključuje postavitev strukture, ki temelji na PMMA, v galvansko kopel, kjer je nikelj prevlečen na odstranjenih površinah PMMA.
6.^thkorak vključuje odstranjevanje preostale plasti PMMA in prevleke, da se razkrije potrebna struktura.

Prednosti tehnologije MEMs

“vrste pipelininga v računalniški arhitekturi ”

Zagotavlja učinkovito rešitev potrebe po miniaturizaciji brez kompromisov glede funkcionalnosti ali zmogljivosti.
Stroški in čas izdelave se zmanjšajo.
Izdelane naprave MEM so hitrejše, zanesljivejše in cenejše
Naprave je mogoče enostavno vgraditi v sisteme.

Trije praktični primeri izdelanih naprav MEM

Senzor avtomobilske zračne blazine : Pionirska uporaba izdelanih naprav MEM je bil senzor avtomobilske zračne blazine, ki je bil sestavljen iz merilnika pospeška (za merjenje hitrosti ali pospeška avtomobila) in krmilno elektroniko enota, izdelana na enem čipu, ki se lahko vgradi v zračno blazino in s tem nadzoruje napihovanje zračne blazine.

Naprava BioMEMs : Izdelana naprava MEM je sestavljena iz zob podobne strukture, ki so jo razvili v Sandia National Laboratories, ki zagotavlja ujetje rdečih krvnih celic, vbrizgavanje DNK, beljakovin ali zdravil in nato sprostitev nazaj.

Glava brizgalnega tiskalnika: HP je izdelal napravo MEMs, ki je sestavljena iz vrste uporov, ki jih je mogoče sprožiti z mikroprocesorskim krmiljenjem, in ko črnilo prehaja skozi ogrevane upore, izhlapi do mehurčkov in ti mehurčki iz šobe iztisnejo iz naprave, na papir in se takoj strdi.

Tako sem dal osnovno idejo o tehnikah izdelave MEM. Je precej zapleteno, kot se zdi. Obstaja tudi veliko drugih tehnik. če imate kakršna koli vprašanja o tej temi ali električni in elektronski projekti Spoznajte jih in dodajte svoje znanje sem.

Foto: