Το Micro Electro Mechanical System είναι ένα σύστημα μικροσκοπικών συσκευών και κατασκευών που μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας τεχνικές μικροκατασκευής. Πρόκειται για ένα σύστημα μικροαισθητήρων, μικροϋπολογιστών και άλλων μικροδομών που κατασκευάζονται μαζί σε ένα κοινό υπόστρωμα πυριτίου. Ένα τυπικό σύστημα MEM αποτελείται από έναν μικροαισθητήρα που ανιχνεύει το περιβάλλον και μετατρέπει τη μεταβλητή περιβάλλοντος σε ηλεκτρικό κύκλωμα . Η μικροηλεκτρονική επεξεργάζεται το ηλεκτρικό σήμα και ο μικρο-ενεργοποιητής λειτουργεί αναλόγως για να παράγει μια αλλαγή στο περιβάλλον.

Η κατασκευή της συσκευής MEM περιλαμβάνει τις βασικές μεθόδους κατασκευής IC μαζί με τη διαδικασία μικροαερισμού που περιλαμβάνει την επιλεκτική απομάκρυνση του πυριτίου ή την προσθήκη άλλων δομικών στρωμάτων.

Βήματα Κατασκευής ΜΕΜ χρησιμοποιώντας Μαζική Μηχανή:

Τεχνική Μαζικής Μηχανικής Μηχανής που περιλαμβάνει Φωτολιθογραφία

Βήμα 1 : Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει το σχεδιασμό του κυκλώματος και το σχέδιο του κυκλώματος είτε σε χαρτί είτε στη χρήση λογισμικού όπως το PSpice ή το Proteus.
Βήμα 2 : Το δεύτερο βήμα περιλαμβάνει την προσομοίωση του κυκλώματος και τη μοντελοποίηση με χρήση CAD (Computer-Aided Design). Το CAD χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό της φωτολιθογραφικής μάσκας που αποτελείται από τη γυάλινη πλάκα με επίστρωση χρωμίου.
Βήμα 3 : Το τρίτο βήμα αφορά τη φωτολιθογραφία. Σε αυτό το βήμα, μια λεπτή μεμβράνη μονωτικού υλικού όπως το διοξείδιο του πυριτίου επικαλύπτεται πάνω από το υπόστρωμα πυριτίου, και πάνω από αυτό, ενα οργανικό στρώμα, ευαίσθητο στις υπεριώδεις ακτίνες εναποτίθεται χρησιμοποιώντας τεχνική επικάλυψης περιστροφής. Η φωτολιθογραφική μάσκα στη συνέχεια τοποθετείται σε επαφή με την οργανική στιβάδα. Στη συνέχεια, ολόκληρη η γκοφρέτα υποβάλλεται σε υπεριώδη ακτινοβολία, επιτρέποντας τη μεταφορά της μάσκας μοτίβου στο οργανικό στρώμα. Η ακτινοβολία είτε ενισχύει το φωτοαντίσταση την εξασθενεί. Το ακάλυπτο οξείδιο στον εκτεθειμένο φωτοανθεκτικό αφαιρείται χρησιμοποιώντας υδροχλωρικό οξύ. Το υπόλοιπο φωτοανθεκτικό αφαιρείται χρησιμοποιώντας θερμό θειικό οξύ και το προκύπτον είναι ένα σχέδιο οξειδίου στο υπόστρωμα, το οποίο χρησιμοποιείται ως μάσκα.
Βήμα 4 : Το τέταρτο βήμα περιλαμβάνει την αφαίρεση του αχρησιμοποίητου πυριτίου ή της χάραξης. Περιλαμβάνει την απομάκρυνση ενός όγκου του υποστρώματος είτε χρησιμοποιώντας υγρή χάραξη είτε ξηρή χάραξη. Σε υγρή χάραξη, το υπόστρωμα βυθίζεται σε ένα υγρό διάλυμα χημικού χαρακτικού, το οποίο χαράζει ή αφαιρεί το εκτεθειμένο υπόστρωμα είτε εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις (ισοτροπικό χαρακτικό) είτε σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση (ανισότροπος εγχυτήρας). Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι αρωματικοί παράγοντες είναι το HNA (υδροφθορικό οξύ, νιτρικό οξύ και οξικό οξύ) και το ΚΟΗ (υδροξείδιο του καλίου).
Βήμα 5 : Το πέμπτο βήμα περιλαμβάνει τη σύνδεση δύο ή περισσότερων γκοφρετών για την παραγωγή μιας πολυεπίπεδης γκοφρέτας ή μιας τρισδιάστατης δομής. Μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας συγκόλληση σύντηξης που περιλαμβάνει άμεση σύνδεση μεταξύ των στρωμάτων ή χρήση ανοδικής σύνδεσης.
Βήμα 6 : Το 6^ουΤο βήμα περιλαμβάνει τη συναρμολόγηση και την ενσωμάτωση της συσκευής MEM στο μονό τσιπ σιλικόνης.
Βήμα 7 : Το 7^ουΤο βήμα περιλαμβάνει τη συσκευασία ολόκληρου του συγκροτήματος για να εξασφαλιστεί προστασία από το εξωτερικό περιβάλλον, σωστή σύνδεση με το περιβάλλον, ελάχιστες ηλεκτρικές παρεμβολές. Συνήθως χρησιμοποιούμενες συσκευασίες είναι συσκευασία μεταλλικών δοχείων και συσκευασία κεραμικών παραθύρων. Οι μάρκες συνδέονται στην επιφάνεια είτε χρησιμοποιώντας μια τεχνική συγκόλλησης σύρματος είτε χρησιμοποιώντας τεχνολογία flip-chip όπου οι μάρκες συνδέονται στην επιφάνεια χρησιμοποιώντας ένα συγκολλητικό υλικό που λιώνει κατά τη θέρμανση, σχηματίζοντας ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ του τσιπ και του υποστρώματος.

Κατασκευή ΜΕΜ χρησιμοποιώντας Surface Micromachining

Κατασκευή Cantilever Structure χρησιμοποιώντας Surface Micromachining

Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την εναπόθεση του προσωρινού στρώματος (στρώμα οξειδίου ή νιτρίδιο) στο υπόστρωμα πυριτίου χρησιμοποιώντας τεχνική εναπόθεσης χημικών ατμών χαμηλής πίεσης. Αυτό το στρώμα είναι το στρώμα θυσίας και παρέχει ηλεκτρική απομόνωση.
Το δεύτερο βήμα περιλαμβάνει την εναπόθεση του διαχωριστικού στρώματος που μπορεί να είναι φωσφοπυριτικό γυαλί, που χρησιμοποιείται για την παροχή δομικής βάσης.
Το τρίτο βήμα περιλαμβάνει επακόλουθη χάραξη του στρώματος χρησιμοποιώντας την τεχνική ξηρής χάραξης. Η τεχνική ξηρής χάραξης μπορεί να είναι αντιδραστική χάραξη ιόντων όπου η επιφάνεια που χαράσσεται υποβάλλεται σε επιτάχυνση ιόντων της χάραξης φάσης αερίου ή ατμού.
Το τέταρτο βήμα περιλαμβάνει τη χημική εναπόθεση πολυπυριτίου με πρόσμιξη φωσφόρου για το σχηματισμό της δομικής στιβάδας.
Το πέμπτο βήμα περιλαμβάνει ξηρή χάραξη ή αφαίρεση του δομικού στρώματος για να αποκαλυφθούν τα υποκείμενα στρώματα.
Το 6ο βήμα περιλαμβάνει την απομάκρυνση του στρώματος οξειδίου και του διαχωριστικού στρώματος για να σχηματιστεί η απαιτούμενη δομή.
Τα υπόλοιπα βήματα είναι παρόμοια με την τεχνική μαζικής κατεργασίας.

Κατασκευή ΜΕΜ χρησιμοποιώντας την τεχνική LIGA.

Είναι μια τεχνική κατασκευής που περιλαμβάνει λιθογραφία, ηλεκτρολυτική επίστρωση και χύτευση σε ένα μόνο υπόστρωμα.

Διαδικασία LIGA

1^αγβήμα περιλαμβάνει την εναπόθεση ενός στρώματος τιτανίου ή χαλκού ή αλουμινίου στο υπόστρωμα για να σχηματίσει ένα σχέδιο.
δύο^αρβήμα περιλαμβάνει την εναπόθεση ενός λεπτού στρώματος νικελίου που λειτουργεί ως βάση επιμετάλλωσης.
3^rdβήμα περιλαμβάνει την προσθήκη ενός ευαίσθητου σε ακτίνες Χ υλικού όπως το PMMA (πολυμεθυλ μεθα ακρυλικό).
4^ουβήμα περιλαμβάνει ευθυγράμμιση μάσκας πάνω από την επιφάνεια και έκθεση του PMMA σε ακτινοβολία ακτίνων Χ. Η εκτεθειμένη περιοχή του PMMA αφαιρείται και αφήνεται η υπόλοιπη καλυμμένη από τη μάσκα.
5^ουβήμα περιλαμβάνει την τοποθέτηση της δομής που βασίζεται σε PMMA σε ένα λουτρό ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης όπου το νικέλιο επικαλύπτεται στις απομακρυσμένες περιοχές PMMA.
6^ουβήμα περιλαμβάνει την αφαίρεση του εναπομείναντος στρώματος PMMA και του στρώματος επιμετάλλωσης, για να αποκαλυφθεί η απαιτούμενη δομή.

Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας MEM

“μπλοκ διάγραμμα τροφοδοσίας λειτουργίας διακόπτη ”

Παρέχει μια αποτελεσματική λύση για την ανάγκη μικροποίησης χωρίς συμβιβασμούς στη λειτουργικότητα ή την απόδοση.
Το κόστος και ο χρόνος κατασκευής μειώνονται.
Οι κατασκευασμένες συσκευές MEM είναι πιο γρήγορες, αξιόπιστες και φθηνότερες
Οι συσκευές μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε συστήματα.

Τρία πρακτικά παραδείγματα κατασκευασμένων συσκευών ΜΕΜ

Αισθητήρας αερόσακου αυτοκινήτου : Η πρωτοποριακή εφαρμογή των κατασκευασμένων συσκευών MEM ήταν ο αισθητήρας αερόσακου αυτοκινήτου που αποτελούσε ένα επιταχυνσιόμετρο (για τη μέτρηση της ταχύτητας ή της επιτάχυνσης του αυτοκινήτου) και τα ηλεκτρονικά ελέγχου μονάδα κατασκευασμένη σε ένα μόνο τσιπ που μπορεί να ενσωματωθεί στον αερόσακο και επομένως να ελέγξει τη διόγκωση του αερόσακου.

Συσκευή BioMEMs : Μια κατασκευασμένη συσκευή MEM αποτελείται από δόντια σαν δομή που έχει αναπτυχθεί από την Sandia National Laboratories, η οποία έχει την πρόβλεψη να παγιδεύσει ερυθρά αιμοσφαίρια, να την ενέσει με DNA, πρωτεΐνες ή φάρμακα και στη συνέχεια να την απελευθερώσει.

Κεφαλίδα εκτυπωτή Inkjet: Μια συσκευή MEM έχει κατασκευαστεί από την HP η οποία αποτελείται από μια σειρά αντιστάσεων που μπορούν να πυροδοτηθούν χρησιμοποιώντας έλεγχο μικροεπεξεργαστή και καθώς το μελάνι διέρχεται από τις θερμαινόμενες αντιστάσεις, εξατμίζεται σε φυσαλίδες και αυτές οι φυσαλίδες αναγκάζονται να βγουν από τη συσκευή μέσω του ακροφυσίου, πάνω στο χαρτί και στερεοποιείται αμέσως.

Έτσι έχω δώσει μια βασική ιδέα για τις τεχνικές κατασκευής ΜΕΜ. Είναι αρκετά περίπλοκο από ό, τι φαίνεται. Ακόμα και υπάρχουν πολλές άλλες τεχνικές. εάν έχετε απορίες σχετικά με αυτό το θέμα ή το ηλεκτρικό και ηλεκτρονικά έργα Γνωρίστε τα και προσθέστε τις γνώσεις σας εδώ.

Δικαιώματα φωτογραφίας: