Schritte zur Herstellung von MEMs

Micro Electro Mechanical System ist ein System vonminiaturisierte Geräte und Strukturen, die unter Verwendung von Mikrofertigungstechniken hergestellt werden können. Es ist ein System aus Mikrosensoren, Mikroaktoren und anderen Mikrostrukturen, die zusammen auf einem gemeinsamen Siliziumsubstrat hergestellt werden. Ein typisches MEM-System besteht aus einem Mikrosensor, der die Umgebung erfasst und die Umgebungsvariable in eine elektrische Schaltung umwandelt. Die Mikroelektronik verarbeitet das elektrische Signal und der Mikroaktuator bewirkt dementsprechend eine Veränderung der Umgebung.

Bei der Herstellung von MEMs-Bauteilen werden die grundlegenden IC-Herstellungsverfahren zusammen mit dem Mikrobearbeitungsprozess eingesetzt, der das selektive Entfernen von Silizium oder das Hinzufügen anderer Strukturschichten beinhaltet.

Schritte der MEMs-Herstellung unter Verwendung der Massenmikrobearbeitung:

Massenmikrobearbeitungsverfahren mit Photolithographie
  • Schritt 1: Der erste Schritt umfasst den Schaltungsentwurf und das Zeichnen der Schaltung entweder auf Papier oder mit Software wie PSpice oder Proteus.
  • Schritt 2: Der zweite Schritt beinhaltet die Simulation derSchaltung und Modellierung mit CAD (Computer Aided Design). CAD wird zum Entwerfen der photolithographischen Maske verwendet, die aus einer mit Chrommuster beschichteten Glasplatte besteht.
  • Schritt 3: Der dritte Schritt beinhaltet die Fotolithografie. In diesem Schritt wird ein dünner Film aus isolierendem Material wie Siliziumdioxid über dem Siliziumsubstrat aufgebracht, und über diesem wird eine organische Schicht, die gegenüber ultravioletten Strahlen empfindlich ist, unter Verwendung der Spin-Coating-Technik abgeschieden. Die photolithographische Maske wird dann in Kontakt mit der organischen Schicht gebracht. Der gesamte Wafer wird dann einer UV-Strahlung ausgesetzt, wodurch die Mustermaske auf die organische Schicht übertragen werden kann. Die Strahlung verstärkt entweder den Fotolack oder schwächt ihn ab. Das unbedeckte Oxid auf dem belichteten Photoresist wird mit Salzsäure entfernt. Der verbleibende Fotolack wird mit heißer Schwefelsäure entfernt und das Ergebnis ist ein Oxidmuster auf dem Substrat, das als Maske verwendet wird.
  • Schritt 4: Der vierte Schritt beinhaltet das Entfernen der nicht verwendetenSilizium oder Ätzen. Es beinhaltet das Entfernen eines Großteils des Substrats entweder durch Nassätzen oder Trockenätzen. Beim Nassätzen wird das Substrat in eine flüssige Lösung eines chemischen Ätzmittels getaucht, das das freiliegende Substrat entweder gleichmßig in alle Richtungen (isotropes Ätzmittel) oder in eine bestimmte Richtung (anisotropes Ätzmittel) ausätzt oder entfernt. Häufig verwendete Ätzmittel sind HNA (Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure) und KOH (Kaliumhydroxid).
  • Schritt 5: Der fünfte Schritt beinhaltet das Zusammenfügen von zwei odermehr Wafer, um einen mehrlagigen Wafer oder eine 3D-Struktur herzustellen. Dies kann unter Verwendung einer Schmelzverbindung erfolgen, bei der eine direkte Verbindung zwischen den Schichten oder eine anodische Verbindung verwendet wird.
  • Schritt 6: Die 6th Dieser Schritt umfasst das Zusammenbauen und Integrieren der MEMs-Vorrichtung auf dem einzelnen Siliziumchip.
  • Schritt 7: Die 7th Schritt beinhaltet das Verpacken der gesamten BaugruppeSchutz vor der äußeren Umgebung, ordnungsgemäßen Anschluss an die Umgebung, minimale elektrische Interferenz gewährleisten. Häufig verwendete Pakete sind Metallgehäuse und Fensterpakete aus Keramik. Die Chips werden entweder unter Verwendung einer Drahtbondtechnik oder unter Verwendung der Flip-Chip-Technologie mit der Oberfläche verbunden, wobei die Chips unter Verwendung eines Klebstoffs, der beim Erwärmen schmilzt, mit der Oberfläche verbunden werden, wodurch elektrische Verbindungen zwischen dem Chip und dem Substrat gebildet werden.

MEMs-Fertigung mit Oberflächen-Mikrobearbeitung

Herstellung einer Cantilever-Struktur mittels Oberflächenmikrobearbeitung
  • Erster Schritt Abscheidung der temporären Schicht (eineOxidschicht oder einer Nitridschicht) auf dem Siliziumsubstrat unter Verwendung einer chemischen Dampfabscheidungstechnik bei niedrigem Druck. Diese Schicht ist die Opferschicht und bietet eine elektrische Isolation.
  • Zweiter Schritt umfasst das Abscheiden der Abstandshalterschicht, die ein Phosphorsilikatglas sein kann, um eine strukturelle Basis bereitzustellen.
  • Dritter Schritt beinhaltet ein nachfolgendes Ätzen der Schicht unter Verwendung vonTrockenätztechnik. Trockenätzverfahren können reaktives Ionenätzen sein, bei dem die zu ätzende Oberfläche beschleunigenden Ionen des Gas- oder Dampfphasenätzens unterzogen wird.
  • Vierter Schritt beinhaltet die chemische Abscheidung von mit Phosphor dotiertem Polysilizium zur Bildung der Strukturschicht.
  • Der fünfte Schritt beinhaltet Trockenätzen oder Entfernen der Strukturschicht, um die darunter liegenden Schichten freizulegen.
  • Der 6. Schritt umfasst das Entfernen der Oxidschicht und der Abstandshalterschicht, um die erforderliche Struktur zu bilden.
  • Der Rest der Schritte ist ähnlich wie bei der Mikrobearbeitungstechnik.

MEMs-Fertigung mit LIGA-Technik.

Es ist eine Herstellungstechnik, bei der Lithographie, Elektroplattieren und Formen auf einem einzigen Substrat erfolgt.

LIGA-Prozess
  • 1st Schritt beinhaltet das Abscheiden einer Schicht aus Titan oder Kupfer oder Aluminium auf dem Substrat, um ein Muster zu bilden.
  • 2nd Schritt beinhaltet die Abscheidung einer dünnen Nickelschicht, die als Plattierungsbasis dient.
  • 3rd Schritt beinhaltet die Zugabe eines röntgenempfindlichen Materials wie PMMA (PolyMethylmethacrylat).
  • 4th Schritt beinhaltet das Ausrichten einer Maske über der Oberfläche und das Bestrahlen des PMMA mit Röntgenstrahlung. Der belichtete Bereich des PMMA wird entfernt und der verbleibende Bereich, der von der Maske bedeckt wird, bleibt.
  • 5th Schritt beinhaltet das Platzieren der PMMA-basierten Struktur in ein Galvanisierbad, wobei das Nickel auf die entfernten PMMA-Bereiche plattiert wird.
  • 6th Schritt beinhaltet das Entfernen der verbleibenden PMMA-Schicht und der Plattierungsschicht, um die erforderliche Struktur sichtbar zu machen.

Vorteile der MEMs-Technologie

  1. Es bietet eine effiziente Lösung für die Notwendigkeit der Miniaturisierung, ohne Kompromisse bei Funktionalität oder Leistung eingehen zu müssen.
  2. Die Kosten und die Fertigungszeit werden reduziert.
  3. Die von MEMs hergestellten Geräte sind schneller, zuverlässiger und günstiger
  4. Die Geräte können einfach in Systeme integriert werden.

Drei praktische Beispiele für von MEMs hergestellte Geräte

  • Kfz-Airbag-Sensor: Die Pionieranwendung von MEMs wurde hergestelltGeräte war der Kfz-Airbagsensor, der aus einem Beschleunigungsmesser (zur Messung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Autos) und der auf einem Chip gefertigten Steuerelektronikeinheit bestand, die in den Airbag eingebettet werden kann und entsprechend das Aufblasen des Airbags steuert.
  • BioMEMs-Gerät: Ein von MEMs hergestelltes Gerät besteht aus ZähnenDie Struktur wurde von Sandia National Laboratories entwickelt, die die Möglichkeit hat, rote Blutkörperchen einzufangen, DNA, Proteine ​​oder Medikamente zu injizieren und sie dann wieder freizusetzen.
  • Inkjet Printer Header: Ein MEMs-Gerät wurde von HP hergestelltbesteht aus einer Reihe von Widerständen, die mit einer Mikroprozessorsteuerung abgefeuert werden können, und wenn die Tinte die beheizten Widerstände passiert, werden sie zu Blasen verdampft und diese Blasen werden durch die Düse aus dem Gerät auf das Papier gedrückt und verfestigen sich sofort.

Ich habe also eine Grundidee über MEMs gegebenFertigungstechniken. Eigentlich ist es ziemlich kompliziert, als es scheint. Sogar es gibt viele andere Techniken. Wenn Sie Fragen zu diesem Thema oder zu den elektrischen und elektronischen Projekten haben, machen Sie sich mit diesen vertraut und fügen Sie hier Ihr Wissen hinzu.

Foto-Gutschrift:

  • Massenmikrobearbeitungsverfahren mit Photolithographie 3.bp
  • Oberflächenmikrobearbeitungsverfahren von ualberta
  • LIGA-Technik von memsnet

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