Hệ thống cơ điện vi mô là một hệ thống các thiết bị và cấu trúc thu nhỏ có thể được sản xuất bằng kỹ thuật đúc vi mô. Nó là một hệ thống cảm biến vi mô, bộ phản ứng vi mô và các cấu trúc vi mô khác được chế tạo cùng nhau trên một chất nền silicon chung. Một hệ thống MEM điển hình bao gồm một cảm biến vi mô cảm nhận môi trường và chuyển đổi biến môi trường thành mạch điện . Bộ vi điện tử xử lý tín hiệu điện và bộ phản ứng vi mô theo đó hoạt động để tạo ra sự thay đổi trong môi trường.

Chế tạo thiết bị MEM liên quan đến các phương pháp chế tạo vi mạch cơ bản cùng với quá trình vi gia công liên quan đến việc loại bỏ chọn lọc silicon hoặc bổ sung các lớp cấu trúc khác.

Các bước chế tạo MEMs sử dụng vi gia công số lượng lớn:

Kỹ thuật vi gia công số lượng lớn liên quan đến phép chụp ảnh

Bước 1 : Bước đầu tiên liên quan đến thiết kế mạch và vẽ mạch trên giấy hoặc trên phần mềm như PSpice hoặc Proteus.
Bước 2 : Bước thứ hai liên quan đến việc mô phỏng mạch và mô hình hóa bằng CAD (Computer-Aided Design). CAD được sử dụng để thiết kế mặt nạ photolithographic bao gồm tấm thủy tinh được phủ bằng hoa văn crom.
Bước 3 : Bước thứ ba liên quan đến quang khắc. Trong bước này, một màng mỏng vật liệu cách nhiệt như Silicon Dioxide được phủ lên trên nền silicon, và trên bề mặt này, một lớp hữu cơ nhạy cảm với tia cực tím được lắng đọng bằng kỹ thuật phủ spin. Mặt nạ photolithographic sau đó được đặt tiếp xúc với lớp hữu cơ. Sau đó, toàn bộ tấm wafer chịu bức xạ UV, cho phép mặt nạ hoa văn được chuyển sang lớp hữu cơ. Bức xạ làm mạnh điện trở quang sẽ làm suy yếu nó. Oxit không được phủ trên tấm cản quang tiếp xúc được loại bỏ bằng cách sử dụng axit clohydric. Chất cản quang còn lại được loại bỏ bằng cách sử dụng axit Sulfuric nóng và kết quả là một mẫu ôxít trên chất nền, được sử dụng làm mặt nạ.
Bước 4 : Bước thứ tư liên quan đến việc loại bỏ silicon hoặc vật liệu khắc không sử dụng. Nó liên quan đến việc loại bỏ một phần lớn chất nền bằng cách sử dụng phương pháp khắc ướt hoặc khắc khô. Trong quá trình khắc ướt, chất nền được ngâm trong dung dịch lỏng của chất ăn mòn hóa học, chất này sẽ ăn mòn hoặc loại bỏ chất nền tiếp xúc bằng nhau theo mọi hướng (chất ăn mòn đẳng hướng) hoặc một hướng cụ thể (chất ăn mòn dị hướng). Chất ăn mòn được sử dụng phổ biến là HNA (axit flohydric, axit nitric và axit axetic) và KOH (Kali Hydroxit).
Bước 5 : Bước thứ năm liên quan đến việc ghép hai hoặc nhiều tấm wafer để tạo ra một tấm wafer nhiều lớp hoặc cấu trúc 3 D. Nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng liên kết nhiệt hạch bao gồm liên kết trực tiếp giữa các lớp hoặc sử dụng liên kết anốt.
Bước 6 : 6^{thứ tự}bước liên quan đến việc lắp ráp và tích hợp thiết bị MEMs trên một chip silicon duy nhất.
Bước 7 : 7^{thứ tự}bước liên quan đến việc đóng gói toàn bộ lắp ráp để đảm bảo bảo vệ khỏi môi trường bên ngoài, kết nối thích hợp với môi trường, nhiễu điện tối thiểu. Gói thường được sử dụng là gói hộp kim loại và gói cửa sổ gốm. Các chip được liên kết với bề mặt bằng cách sử dụng kỹ thuật liên kết dây hoặc sử dụng công nghệ flip-chip trong đó các chip được liên kết với bề mặt bằng cách sử dụng vật liệu kết dính nóng chảy khi gia nhiệt, tạo thành các kết nối điện giữa chip và chất nền.

Chế tạo MEMs sử dụng vi gia công bề mặt

Sản xuất kết cấu công xôn sử dụng vi gia công bề mặt

Bước đầu tiên liên quan đến sự lắng đọng của lớp tạm thời (lớp oxit hoặc lớp nitrua) trên nền silicon bằng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học áp suất thấp. Lớp này là lớp hy sinh và cung cấp cách ly điện.
Bước thứ hai liên quan đến sự lắng đọng của lớp đệm có thể là thủy tinh photphosilicat, được sử dụng để cung cấp cơ sở cấu trúc.
Bước thứ ba liên quan đến việc khắc tiếp theo của lớp bằng kỹ thuật khắc khô. Kỹ thuật khắc khô có thể là phương pháp khắc ion phản ứng trong đó bề mặt được khắc chịu các ion gia tốc của quá trình ăn mòn pha khí hoặc hơi.
Bước thứ tư liên quan đến sự lắng đọng hóa học của polysilicon pha tạp phốt pho để tạo thành lớp cấu trúc.
Bước thứ năm liên quan đến việc khắc khô hoặc loại bỏ lớp cấu trúc để lộ các lớp bên dưới.
Bước thứ 6 liên quan đến việc loại bỏ lớp oxit và lớp đệm để tạo thành cấu trúc cần thiết.
Các bước còn lại tương tự như kỹ thuật gia công vi cơ số lượng lớn.

Sản xuất MEM bằng Kỹ thuật LIGA.

Đây là một kỹ thuật chế tạo bao gồm in thạch bản, mạ điện và đúc trên một chất nền duy nhất.

Quy trình LIGA

1^stbươc liên quan đến sự lắng đọng của một lớp Titanium hoặc đồng hoặc nhôm trên chất nền để tạo thành hoa văn.
hai^ndbươc liên quan đến sự lắng đọng của một lớp mỏng Niken đóng vai trò là lớp mạ.
3^rdbươc liên quan đến việc bổ sung vật liệu nhạy cảm với tia X như PMMA (polymethyl metha acrylate).
4^{thứ tự}bươc bao gồm việc căn chỉnh mặt nạ trên bề mặt và để PMMA tiếp xúc với bức xạ tia X. Khu vực tiếp xúc của PMMA được loại bỏ và phần còn lại được che bởi mặt nạ.
5^{thứ tự}bươc liên quan đến việc đặt cấu trúc dựa trên PMMA vào bể mạ điện, trong đó Niken được mạ trên các khu vực PMMA đã bị loại bỏ.
6^{thứ tự}bươc liên quan đến việc loại bỏ lớp PMMA còn lại và lớp mạ, để lộ cấu trúc cần thiết.

Ưu điểm của công nghệ MEMs

“sự cố bộ chia điện áp với các giải pháp ”

Nó cung cấp một giải pháp hiệu quả cho nhu cầu thu nhỏ mà không ảnh hưởng đến chức năng hoặc hiệu suất.
Giảm chi phí và thời gian sản xuất.
Các thiết bị được chế tạo MEM nhanh hơn, đáng tin cậy hơn và rẻ hơn
Các thiết bị có thể được tích hợp dễ dàng vào hệ thống.

Ba ví dụ thực tế về thiết bị chế tạo MEM

Cảm biến túi khí ô tô : Ứng dụng tiên phong của các thiết bị chế tạo MEM là cảm biến túi khí ô tô bao gồm một cảm biến gia tốc (để đo tốc độ hoặc gia tốc của ô tô) và điện tử điều khiển được chế tạo trên một con chip duy nhất có thể được gắn vào túi khí và do đó kiểm soát sự lạm phát của túi khí.

Thiết bị BioMEMs : Một thiết bị được chế tạo MEMs bao gồm cấu trúc giống như răng đã được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, có chức năng bẫy một tế bào hồng cầu, tiêm DNA, protein hoặc thuốc vào và sau đó giải phóng nó trở lại.

Tiêu đề máy in phun: Một thiết bị MEMs đã được HP chế tạo bao gồm một loạt các điện trở có thể được bắn ra bằng cách sử dụng điều khiển của bộ vi xử lý và khi mực đi qua các điện trở được làm nóng, nó sẽ bốc hơi thành bong bóng và những bong bóng này bị đẩy ra khỏi thiết bị qua vòi phun, lên giấy và đóng rắn ngay lập tức.

Vậy là tôi đã trình bày sơ qua về kỹ thuật chế tạo MEMs. Nó khá phức tạp hơn vẻ ngoài của nó. Thậm chí có nhiều kỹ thuật khác. nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về chủ đề này hoặc điện và dự án điện tử Tìm hiểu về chúng và bổ sung kiến thức của bạn tại đây.

Tín dụng Hình ảnh: