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MEMS加工技能介绍

MEMS加工技术介绍-传统机械加工方法指利用大机器制造小机器,再利用小机器制造微机器。可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置,例如微型机械手、微型工作台等。

  ①、传统机械加工办法

  传统机械加工办法指使用大机器制造小机器,再使用小机器制造微机器。能够用于加工一些在特别场合使用的微机械设备,例如微型机械手、微型工作台等。

  传统机械加工办法以日本为代表,日本研讨MEMS的重点是超精细机械加工,因而他们更多的是将传统机械加工进行微型化。

  此加工办法能够分为两大类:超精细机械加工及特种微细加工。超精细机械加工以金属为加工目标,用硬度高于加工目标的东西,将目标资料进行切削加工,所得的三维结构尺度可在0.01mm以下。此技能包含钻石刀具微切削加工、微钻孔加工、微铣削加工及微磨削与研磨加工等。

  特种微细加工技能是通过加工能量的直接效果,完成小至逐一分子或原子的切削加工。特种加工是使用电能、热能、光能、声能及化学能等能量方式。常用的加工办法有:电火花加工、超声波加工、电子束加工、激光加工、离子束加工和电解加工等。超精细机械加工和特种微细加工技能的加工精度已达微米、亚微米级,能够批量制造模数仅为0.02左右的齿轮等微机械元件,以及其它加工办法无法制造的杂乱微结构器材。

  ②、硅基MEMS技能

  以美国为代表的硅基MEMS技能是使用化学腐蚀或集成电路工艺技能对硅资料进行加工,构成硅基MEMS器材。这种办法可与传统的IC工艺兼容,并合适廉价批量出产,已成为现在的硅基MEMS技能干流。

  当时硅基微加工技能可分为体微加工技能、外表微加工技能。

  体微加工技能:

  体微加工技能是对硅的衬底进行加工的技能。一般选用各向异性化学腐蚀,使用单晶硅的不同晶向的腐蚀速率存在各向异性的特色而进行腐蚀,来制造不同的微机械结构或微机械零件,其首要特色是硅的腐蚀速率和硅的晶向、搀和浓度及外加电位有关。

  另一种常用技能为电化学腐蚀,现已发展为电化学自中止腐蚀,它首要用于硅的腐蚀以制备薄面均匀的硅膜。使用此技能能够制造出MEMS的精细三维结构。

  体微加工技能首要通过对硅的深腐蚀和硅片的全体键合来完成,能够将几许尺度控制在微米级。因为各向异性化学腐蚀能够对大硅片进行,使得MEMS器材能够高精度地批量出产,一起又消除了研磨加工所带来的剩余机械应力,提高了MEMS器材的稳定性和成品率。

  外表微加工技能:

  外表微加工技能是在硅片正面上构成薄膜并按必定要求对薄膜进行加工构成微结构的技能,悉数加工仅涉及到硅片正面的薄膜。是在20世纪80年代由美国加州大学Berkeley分校开发出来的,它以多晶硅为结构层,二氧化硅为献身层。外表微加工技能与集成电路技能最为类似,其首要特色是在“薄膜+淀积”的基础上,使用光刻、腐蚀等IC常用工艺制备微机械结构,终究使用挑选腐蚀技能开释结构单元,取得可动的二维或三维结构。

  用这种技能能够淀积二氧化硅膜、氮化硅膜和多晶硅膜;用蒸腾镀膜和溅射镀膜能够制备铝、钨、钛、镍等金属膜;薄膜的加工一般选用光刻技能,如紫外线光刻、X射线光刻、电子束光刻和离子束光刻。通过光刻将设计好的微机械结构图转移到硅片上,再用等离子体腐蚀、反响离子腐蚀等工艺来腐蚀多晶硅膜、氧化硅膜以及各种金属膜,以构成微机械结构。

  这一技能避免了体微加工所要求的双面对准、反面腐蚀等问题,与集成电路的工艺兼容,且工艺老练,能够在单个直径为几十毫米的单晶硅基片上批量生成数百个MEMS设备。

  ③、深层刻蚀技能

  深层刻蚀技能指深层反响离子向硅芯片内部刻蚀,刻蚀到芯片内部的一个献身层,并在刻蚀完成后被腐蚀掉,这样原本埋在芯片内部的结构就能够自在运动。

  深层刻蚀技能归于微机械加工办法LIGA的一种,LIGA办法是指选用同步X射线深层光刻、微电铸制模和注塑仿制等首要工艺过程组成的一种综合性微机械加工技能。

  使用LIGA技能能够加工各种金属、塑料和陶瓷等资料,得到大深宽比的精细结构,其加工深度可达几百微米。

  LIGA技能与其它立体微加工技能比较有以下特色:

  可制造高度达数百至1000μm,深宽比可大于200,侧壁平行违背在亚微米范围内的三维立体微结构;

  对微结构的横向形状没有约束,横向尺度能够小到0.5μm,精度可达0.1μm;

  用材广泛,金属、合金、陶瓷、玻璃和聚合物都能够作为LIGA的加工目标;

  与微电铸、铸塑奇妙结合可完成大批量仿制出产,成本低。

  LIGA的首要工艺过程如下:在通过X光掩模制版和X光深度光刻后,进行微电铸,制造出微仿制模具,并用它来进行微仿制工艺和二次微电铸,再使用微铸塑技能进行微器材的大批量出产。

  因为LIGA所要求的同步X射线源比较贵重,所以在LIGA的基础上产生了准LIGA技能,它是用紫外光源替代同步X射线源,尽管不能到达LIGA加工的工艺性能,但也能满意微细加工中的许多要求。而由上海交通大学和北京大学联合开发、具有独立知识产权的DEM技能,也是LIGA技能中的一种。该技能选用感应耦合等离子体深层刻蚀工艺来替代同步辐射X光深层光刻,然后进行惯例的微电铸和微仿制工艺,该技能因不需要贵重的同步辐射X光源和特制的X光掩摸板而具有广泛的使用远景。

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