Micro Electro Mechanical System е система от миниатюризирани устройства и конструкции, които могат да бъдат произведени с помощта на техники за микрофабрикация. Това е система от микросензори, микроактуатори и други микроструктури, произведени заедно върху общ силициев субстрат. Типична MEM система се състои от микросензор, който усеща околната среда и преобразува променливата на околната среда в електрическа верига . Микроелектрониката обработва електрическия сигнал и микроактуаторът съответно работи, за да предизвика промяна в околната среда.

Изработването на MEMs устройство включва основните методи за производство на IC, заедно с процеса на микрообработка, включващ селективно отстраняване на силиций или добавяне на други структурни слоеве.

Стъпки за производство на MEMs с помощта на насипно микрообработване:

Техника на обемно микрообработване, включваща фотолитография

Етап 1 : Първата стъпка включва проектирането на схемата и чертежа на веригата или върху хартия, или върху използване на софтуер като PSpice или Proteus.
Стъпка 2 : Втората стъпка включва симулация на схемата и моделиране с помощта на CAD (Computer-Aided Design). CAD се използва за проектиране на фотолитографска маска, която се състои от стъклената плоча, покрита с хром.
Стъпка 3 : Третата стъпка включва фотолитография. В този етап върху силициевия субстрат се нанася тънък филм от изолационен материал като силициев диоксид и върху него се нанася органичен слой, чувствителен към ултравиолетовите лъчи, използвайки техника на спиново покритие. След това фотолитографската маска се поставя в контакт с органичния слой. След това цялата вафла се подлага на ултравиолетово лъчение, което позволява маската на шарката да се пренесе върху органичния слой. Излъчването или укрепва фоторезистора, отслабва го. Непокритият оксид на открития фоторезист се отстранява с помощта на солна киселина. Останалият фоторезист се отстранява с помощта на гореща сярна киселина и полученото е оксиден модел върху субстрата, който се използва като маска.
Стъпка 4 : Четвъртата стъпка включва отстраняване на неизползвания силиций или офорт. Той включва отстраняване на по-голямата част от основата или с помощта на мокро офорт или сухо офорт. При мокро офорт, субстратът се потапя в течен разтвор на химически ецващ агент, който гравира или отстранява открития субстрат или еднакво във всички посоки (изотропен ецващ агент), или в определена посока (анизотропен ецващ агент). Популярно използваните офортители са HNA (флуороводородна киселина, азотна киселина и оцетна киселина) и KOH (калиев хидроксид).
Стъпка 5 : Петата стъпка включва съединяването на две или повече вафли, за да се получи многослойна вафла или триизмерна структура. Това може да се направи чрез свързване чрез синтез, което включва директно свързване между слоевете или използване на анодно свързване.
Стъпка 6 : 6-те^тистъпката включва сглобяване и интегриране на MEMs устройството на единичния силициев чип.
Стъпка 7 : 7-мата^тистъпката включва опаковането на целия монтаж, за да се осигури защита от външната среда, правилна връзка с околната среда, минимални електрически смущения. Често използваните опаковки са метални опаковки и керамични опаковки. Чиповете са залепени към повърхността или чрез техника на свързване с тел, или чрез технология на флип чип, където чиповете са залепени към повърхността с помощта на лепилен материал, който се топи при нагряване, образувайки електрически връзки между чипа и основата.

Изработване на MEMs с помощта на повърхностна микрообработка

Производство на конзолна конструкция с помощта на повърхностно микрообработване

Първата стъпка включва отлагане на временния слой (оксиден слой или нитриден слой) върху силициевия субстрат, използвайки техника за химическо отлагане с ниско налягане. Този слой е жертвеният слой и осигурява електрическа изолация.
Втората стъпка включва отлагане на дистанционен слой, който може да бъде фосфосиликатно стъкло, използвано за осигуряване на структурна основа.
Третата стъпка включва последващо офортване на слоя, използвайки техниката на сухо офорт. Техниката на сухо офорт може да бъде реактивно йонно ецване, където повърхността, която трябва да се ецва, е подложена на ускоряващи йони от ецването на газова или парна фаза.
Четвъртата стъпка включва химическо отлагане на полисилиций, легиран с фосфор, за да се образува структурният слой.
Петата стъпка включва сухо офорт или отстраняване на структурния слой, за да се разкрият подлежащите слоеве.
6-тата стъпка включва отстраняване на оксидния слой и дистанционния слой, за да се образува необходимата структура.
Останалите стъпки са подобни на техниката за масово обработване.

Производство на MEM с помощта на LIGA техника.

Това е техника за производство, която включва литография, галванично покритие и формоване върху един субстрат.

Процес на LIGA

1^улстъпка включва отлагане на слой от титан или мед или алуминий върху основата, за да се образува шарка.
две^ndстъпка включва отлагане на тънък слой никел, който действа като основа за покритие.
3^rdстъпка включва добавяне на рентгеново чувствителен материал като PMMA (полиметилметакрилат).
4^тистъпка включва подравняване на маска по повърхността и излагане на PMMA на рентгеново лъчение. Откритата зона на PMMA се отстранява, а останалата част, покрита с маската, се оставя.
5^тистъпка включва поставяне на PMMA-базирана структура в галванична вана, при която никелът е нанесен върху отстранените PMMA области.
6^тистъпка включва отстраняване на останалия PMMA слой и слоя за покритие, за да се разкрие необходимата структура.

Предимства на технологията MEMs

“каква е стойността на капацитета ”

Той осигурява ефективно решение за необходимостта от миниатюризация без компромиси по отношение на функционалността или производителността.
Разходите и времето за производство са намалени.
Изработените от MEM устройства са по-бързи, надеждни и по-евтини
Устройствата могат лесно да се интегрират в системи.

Три практически примера за MEMs, произведени устройства

Автомобилен сензор за въздушна възглавница : Пионерското приложение на произведените устройства на MEM е сензорът на автомобилната въздушна възглавница, който се състои от акселерометър (за измерване на скоростта или ускорението на автомобила) и управляващата електроника единица, произведена върху един чип, който може да бъде вграден върху въздушната възглавница и съответно да контролира надуването на въздушната възглавница.

Устройство BioMEMs : Изработеното устройство за MEM се състои от структура, подобна на зъби, разработена от Националната лаборатория Sandia, която има възможност да улавя червени кръвни клетки, да ги инжектира с ДНК, протеини или лекарства и след това да ги освободи обратно.

Заглавка на мастиленоструйния принтер: MEMs устройство е произведено от HP, което се състои от редица резистори, които могат да се изстрелват с помощта на микропроцесорно управление и докато мастилото преминава през нагретите резистори, то се изпарява до мехурчета и тези мехурчета се изтласкват от устройството през дюзата, върху хартията и незабавно се втвърдява.

Така че дадох основна идея за техниките за производство на MEM. Това е доста сложно, отколкото изглежда. Дори има много други техники. ако имате някакви въпроси по тази тема или електрическите и електронни проекти Запознайте се с тях и добавете знанията си тук.

Снимка: