Das mikroelektromechanische System ist ein System miniaturisierter Vorrichtungen und Strukturen, die unter Verwendung von Mikrofabrikationstechniken hergestellt werden können. Es ist ein System von Mikrosensoren, Mikroaktuatoren 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 umwandelt Stromkreis . Die Mikroelektronik verarbeitet das elektrische Signal und der Mikroaktuator bewirkt dementsprechend eine Änderung der Umgebung.

Die Herstellung einer MEM-Vorrichtung umfasst die grundlegenden IC-Herstellungsverfahren zusammen mit dem Mikrobearbeitungsprozess, der die selektive Entfernung von Silizium oder die Zugabe anderer Strukturschichten umfasst.

Schritte der Herstellung von MEMs unter Verwendung von Massenmikrobearbeitung:

Bulk-Mikrobearbeitungstechnik mit Photolithographie

Schritt 1 : Der erste Schritt umfasst das Schaltungsdesign und das Zeichnen der Schaltung entweder auf Papier oder unter Verwendung von Software wie PSpice oder Proteus.
Schritt 2 : Der zweite Schritt beinhaltet die Simulation der Schaltung und Modellierung mit CAD (Computer-Aided Design). Mit CAD wird die photolithografische Maske entworfen, die aus der mit einem Chrommuster beschichteten Glasplatte besteht.
Schritt 3 : Der dritte Schritt beinhaltet die Fotolithografie. In diesem Schritt wird ein dünner Film aus Isoliermaterial wie Siliziumdioxid über das Siliziumsubstrat aufgetragen, und darüber wird eine organische Schicht, die gegenüber ultravioletten Strahlen empfindlich ist, unter Verwendung einer Schleuderbeschichtungstechnik abgeschieden. Die photolithographische Maske wird dann in Kontakt mit der organischen Schicht gebracht. Der gesamte Wafer wird dann UV-Strahlung ausgesetzt, wodurch die Mustermaske auf die organische Schicht übertragen werden kann. Die Strahlung stärkt entweder den Fotowiderstand, schwächt ihn. Das unbedeckte Oxid auf dem belichteten Fotolack wird mit Salzsäure entfernt. Der verbleibende Fotolack wird unter Verwendung von 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 des nicht verwendeten Siliziums oder das Ätzen. Dabei wird ein Großteil des Substrats entweder durch Nassätzen oder durch Trockenätzen entfernt. Beim Nassätzen wird das Substrat in eine flüssige Lösung eines chemischen Ätzmittels eingetaucht, das das freiliegende Substrat entweder gleichmäßig in alle Richtungen (isotropes Ätzmittel) oder in eine bestimmte Richtung (anisotropes Ätzmittel) ausätzt oder entfernt. Beliebt verwendete Ätzmittel sind HNA (Flusssäure, Salpetersäure und Essigsäure) und KOH (Kaliumhydroxid).
Schritt 5 : Der fünfte Schritt beinhaltet das Verbinden von zwei oder mehr Wafern, um einen mehrschichtigen Wafer oder eine 3D-Struktur herzustellen. Dies kann unter Verwendung einer Schmelzbindung erfolgen, die eine direkte Bindung zwischen den Schichten beinhaltet, oder unter Verwendung einer anodischen Bindung.
Schritt 6 : Die 6^thSchritt beinhaltet das Zusammenbauen und Integrieren der MEMs-Vorrichtung auf dem einzelnen Siliziumchip.
Schritt 7 : Die 7^thSchritt beinhaltet die Verpackung der gesamten Baugruppe, um den Schutz vor der äußeren Umgebung, die ordnungsgemäße Verbindung mit der Umgebung und minimale elektrische Störungen zu gewährleisten. Häufig verwendete Verpackungen sind Metalldosenverpackungen und Keramikfensterverpackungen. Die Chips werden entweder unter Verwendung einer Drahtbindungstechnik oder unter Verwendung der Flip-Chip-Technologie an die Oberfläche gebunden, wobei die Chips unter Verwendung eines Klebstoffs, das beim Erhitzen schmilzt und elektrische Verbindungen zwischen dem Chip und dem Substrat bildet, an die Oberfläche gebunden werden.

Herstellung von MEMs mittels Oberflächenmikrobearbeitung

Herstellung von Cantilever-Strukturen mittels Oberflächenmikrobearbeitung

Der erste Schritt beinhaltet die Abscheidung der temporären Schicht (einer Oxidschicht oder einer Nitridschicht) auf dem Siliziumsubstrat unter Verwendung einer chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidungstechnik. Diese Schicht ist die Opferschicht und sorgt für eine elektrische Isolation.
Der zweite Schritt beinhaltet die Abscheidung der Abstandsschicht, die ein Phosphosilikatglas sein kann, das verwendet wird, um eine strukturelle Basis bereitzustellen.
Der dritte Schritt beinhaltet das anschließende Ätzen der Schicht unter Verwendung der Trockenätztechnik. Die Trockenätztechnik kann ein reaktives Ionenätzen sein, bei dem die zu ätzende Oberfläche beschleunigenden Ionen des Gas- oder Dampfphasenätzens ausgesetzt wird.
Der vierte Schritt beinhaltet die chemische Abscheidung von Phosphor-dotiertem Polysilicium zur Bildung der Strukturschicht.
Der fünfte Schritt beinhaltet trockenes Ätzen oder Entfernen der Strukturschicht, um die darunter liegenden Schichten freizulegen.
Der 6. Schritt beinhaltet das Entfernen der Oxidschicht und der Abstandsschicht, um die erforderliche Struktur zu bilden.
Der Rest der Schritte ähnelt der Bulk-Mikrobearbeitungstechnik.

Herstellung von MEMs mit LIGA-Technik.

Es ist eine Herstellungstechnik, die Lithographie, Galvanisieren und Formen auf einem einzelnen Substrat umfasst.

LIGA-Prozess

1^stSchritt beinhaltet die Abscheidung einer Schicht aus Titan oder Kupfer oder Aluminium auf dem Substrat, um ein Muster zu bilden.
zwei^ndSchritt beinhaltet die Abscheidung einer dünnen Nickelschicht, die als Beschichtungsbasis dient.
3^rdSchritt beinhaltet die Zugabe eines röntgenempfindlichen Materials wie PMMA (Polymethylmethaacrylat).
4^thSchritt beinhaltet das Ausrichten einer Maske über der Oberfläche und das Aussetzen des PMMA gegenüber Röntgenstrahlung. Der freiliegende Bereich von PMMA wird entfernt und der verbleibende von der Maske bedeckte Bereich bleibt übrig.
5^thSchritt beinhaltet das Platzieren der PMMA-basierten Struktur in einem Elektroplattierungsbad, in dem das Nickel auf die entfernten PMMA-Bereiche plattiert wird.
6^thSchritt beinhaltet das Entfernen der verbleibenden PMMA-Schicht und der Plattierungsschicht, um die erforderliche Struktur freizulegen.

Vorteile der MEM-Technologie

“Welche Funktion hat eine Diode? ”

Es bietet eine effiziente Lösung für die Notwendigkeit einer Miniaturisierung ohne Kompromisse bei Funktionalität oder Leistung.
Die Kosten und die Herstellungszeit werden reduziert.
Die von MEMs hergestellten Geräte sind schneller, zuverlässiger und billiger
Die Geräte können problemlos in Systeme integriert werden.

Drei praktische Beispiele für von MEMs hergestellte Geräte

Auto-Airbag-Sensor : Die Pionieranwendung von MEM-gefertigten Geräten war der Automobil-Airbagsensor, der aus einem Beschleunigungsmesser (zur Messung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs) und bestand die Steuerelektronik Einheit hergestellt auf einem einzelnen Chip, der in den Airbag eingebettet werden kann und dementsprechend das Aufblasen des Airbags steuert.

BioMEMs Gerät : Ein von MEMs hergestelltes Gerät besteht aus einer zahnähnlichen Struktur, die von Sandia National Laboratories entwickelt wurde und die die Möglichkeit bietet, rote Blutkörperchen einzufangen, DNA, Proteine oder Medikamente zu injizieren und sie dann wieder freizusetzen.

Inkjet-Druckerkopf: Ein MEMs-Gerät wurde von HP hergestellt, das aus einer Reihe von Widerständen besteht, die unter Verwendung einer Mikroprozessorsteuerung gezündet werden können. Wenn die Tinte durch die erhitzten Widerstände fließt, wird sie zu Blasen verdampft und diese Blasen werden durch die Düse aus dem Gerät gedrückt. auf das Papier und sofort verfestigen.

Daher habe ich eine grundlegende Vorstellung von den Herstellungstechniken von MEMs gegeben. Es ist ziemlich kompliziert als es scheint. Es gibt sogar viele andere Techniken. wenn Sie Fragen zu diesem Thema oder der elektrischen und elektronische Projekte Lernen Sie sie kennen und fügen Sie hier Ihr Wissen hinzu.

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