Micro Electro Mechanical System è un sistema di dispositivi e strutture miniaturizzate che possono essere fabbricati utilizzando tecniche di microfabbricazione. È un sistema di microsensori, microattuatori e altre microstrutture fabbricati insieme su un comune substrato di silicio. Un tipico sistema MEM è costituito da un microsensore che rileva l'ambiente e converte la variabile d'ambiente in un file circuito elettrico . La microelettronica elabora il segnale elettrico e il microattuatore lavora di conseguenza per produrre un cambiamento nell'ambiente.

La fabbricazione del dispositivo MEM coinvolge i metodi di fabbricazione di base dei circuiti integrati insieme al processo di microlavorazione che comporta la rimozione selettiva del silicio o l'aggiunta di altri strati strutturali.

Fasi della fabbricazione di MEM utilizzando Bulk Micromachining:

Tecnica di microlavorazione di massa che coinvolge la fotolitografia

Passo 1 : Il primo passo prevede la progettazione e il disegno del circuito su carta o utilizzando software come PSpice o Proteus.
Passo 2 : La seconda fase prevede la simulazione del circuito e la modellazione tramite CAD (Computer-Aided Design). Il CAD viene utilizzato per progettare la maschera fotolitografica che consiste nella lastra di vetro rivestita con motivo al cromo.
Passaggio 3 : La terza fase riguarda la fotolitografia. In questa fase, una sottile pellicola di materiale isolante come il biossido di silicio viene rivestita sul substrato di silicio, e su questo viene depositato uno strato organico, sensibile ai raggi ultravioletti utilizzando la tecnica di rivestimento a rotazione. La maschera fotolitografica viene quindi posta a contatto con lo strato organico. L'intero wafer viene quindi sottoposto a radiazione UV, consentendo il trasferimento della maschera del pattern allo strato organico. La radiazione rafforza o la fotoresistenza la indebolisce. L'ossido scoperto sul fotoresist esposto viene rimosso utilizzando acido cloridrico. Il fotoresist rimanente viene rimosso utilizzando acido solforico caldo e il risultante è un modello di ossido sul substrato, che viene utilizzato come maschera.
Passaggio 4 : La quarta fase prevede la rimozione del silicio o incisione inutilizzati. Implica la rimozione della maggior parte del substrato mediante incisione a umido o incisione a secco. Nell'incisione a umido, il substrato viene immerso in una soluzione liquida di un agente di attacco chimico, che attacca o rimuove il substrato esposto in modo uguale in tutte le direzioni (agente di attacco isotropo) o in una direzione particolare (agente di attacco anisotropo). Gli agenti di attacco comunemente usati sono HNA (acido fluoridrico, acido nitrico e acido acetico) e KOH (idrossido di potassio).
Passaggio 5 : La quinta fase prevede l'unione di due o più wafer per produrre un wafer multistrato o una struttura 3 D. Può essere eseguito utilizzando un legame per fusione che prevede un legame diretto tra gli strati o un legame anodico.
Passaggio 6 : Il 6^thla fase prevede l'assemblaggio e l'integrazione del dispositivo MEM sul singolo chip di silicio.
Passaggio 7 : Il 7^thfase prevede l'imballaggio dell'intero assieme per garantire protezione dall'ambiente esterno, corretto collegamento all'ambiente, minima interferenza elettrica. I pacchetti comunemente usati sono il pacchetto di lattine di metallo e il pacchetto di finestre in ceramica. I chip vengono incollati alla superficie utilizzando una tecnica di incollaggio a filo o utilizzando la tecnologia flip-chip in cui i chip sono legati alla superficie utilizzando un materiale adesivo che si scioglie al riscaldamento, formando connessioni elettriche tra il chip e il substrato.

Fabbricazione di MEM utilizzando Surface Micromachining

Produzione di strutture a sbalzo utilizzando Surface Micromachining

Il primo passo comporta la deposizione dello strato temporaneo (uno strato di ossido o uno strato di nitruro) sul substrato di silicio utilizzando una tecnica di deposizione chimica da vapore a bassa pressione. Questo strato è lo strato sacrificale e fornisce l'isolamento elettrico.
Il secondo passaggio prevede la deposizione dello strato distanziatore che può essere un vetro fosfosilicato, utilizzato per fornire una base strutturale.
Il terzo passaggio comporta la successiva incisione dello strato utilizzando la tecnica di incisione a secco. La tecnica di incisione a secco può essere l'attacco con ioni reattivi in cui la superficie da incidere è sottoposta a ioni acceleranti dell'attacco in fase gassosa o vapore.
Il quarto passaggio comporta la deposizione chimica di polisilicio drogato con fosforo per formare lo strato strutturale.
Il quinto passaggio comporta l'incisione a secco o la rimozione dello strato strutturale per rivelare gli strati sottostanti.
Il sesto passaggio comporta la rimozione dello strato di ossido e dello strato distanziatore per formare la struttura richiesta.
Il resto dei passaggi è simile alla tecnica di micromachining di massa.

Produzione di MEM utilizzando la tecnica LIGA.

È una tecnica di fabbricazione che prevede litografia, galvanica e stampaggio su un singolo substrato.

Processo LIGA

1^stpasso comporta la deposizione di uno strato di titanio o rame o alluminio sul substrato per formare un motivo.
Due^ndpasso comporta la deposizione di un sottile strato di Nickel che funge da base di placcatura.
3^rdpasso comporta l'aggiunta di un materiale sensibile ai raggi X come il PMMA (polimetilmetacrilato).
4^thpasso implica l'allineamento di una maschera sulla superficie e l'esposizione del PMMA alla radiazione dei raggi X. L'area esposta di PMMA viene rimossa e viene lasciata quella rimanente coperta dalla maschera.
5^thpasso implica il posizionamento della struttura a base di PMMA in un bagno di galvanica in cui il nichel è placcato sulle aree di PMMA rimosse.
6^thpasso comporta la rimozione del restante strato di PMMA e dello strato di placcatura, per rivelare la struttura richiesta.

Vantaggi della tecnologia MEMs

“come costruire un fornello solare ”

Fornisce una soluzione efficiente alla necessità di miniaturizzazione senza alcun compromesso in termini di funzionalità o prestazioni.
Il costo e il tempo di produzione sono ridotti.
I dispositivi fabbricati con MEM sono più veloci, affidabili ed economici
I dispositivi possono essere facilmente integrati nei sistemi.

Tre esempi pratici di dispositivi fabbricati con MEM

Sensore airbag per automobile : L'applicazione pionieristica dei dispositivi fabbricati da MEM era il sensore airbag per automobile che consisteva in un accelerometro (per misurare la velocità o l'accelerazione dell'auto) e l'elettronica di controllo unità fabbricata su un singolo chip che può essere incorporato nell'airbag e controllare di conseguenza il gonfiaggio dell'airbag.

Dispositivo BioMEMs : Un dispositivo fabbricato con MEM è costituito da una struttura simile a denti che è stata sviluppata dai Sandia National Laboratories che ha la possibilità di intrappolare un globulo rosso, iniettarlo con DNA, proteine o farmaci e quindi rilasciarlo indietro.

Intestazione della stampante a getto d'inchiostro: Un dispositivo MEM è stato fabbricato da HP che consiste in una serie di resistori che possono essere attivati utilizzando il controllo a microprocessore e mentre l'inchiostro passa attraverso i resistori riscaldati, viene vaporizzato in bolle e queste bolle vengono espulse dal dispositivo attraverso l'ugello, sulla carta e solidificano all'istante.

Quindi ho dato un'idea di base sulle tecniche di fabbricazione dei MEM. È abbastanza complicato di quanto sembri. Anche ci sono molte altre tecniche. se avete domande su questo argomento o sui componenti elettrici e progetti elettronici Impara a conoscerli e aggiungi le tue conoscenze qui.

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