Micro Electro Mechanical System és un sistema de dispositius i estructures miniaturitzats que es poden fabricar mitjançant tècniques de microfabricació. És un sistema de microsensors, microactuadors i altres microestructures fabricats junts sobre un substrat comú de silici. Un sistema MEM típic consisteix en un microsensor que detecta l’entorn i converteix la variable d’entorn en un circuit elèctric . La microelectrònica processa el senyal elèctric i el microactuador funciona en conseqüència per produir un canvi en l’entorn.

La fabricació de dispositius MEM implica els mètodes bàsics de fabricació de CI juntament amb el procés de micromecanització que implica l'eliminació selectiva de silici o l'addició d'altres capes estructurals.

Passos de la fabricació de MEMs mitjançant micromacinatge a granel:

Tècnica a granel de micromecanització que implica fotolitografia

Pas 1 : El primer pas consisteix en el disseny i el dibuix del circuit en un paper o en l'ús de programari com PSpice o Proteus.
Pas 2 : El segon pas consisteix en la simulació del circuit i la modelització mitjançant CAD (Computer-Aided Design). CAD s’utilitza per dissenyar la màscara fotolitogràfica que consisteix en la placa de vidre recoberta amb patró de crom.
Pas 3 : El tercer pas consisteix en la fotolitografia. En aquest pas, es recobreix una capa fina de material aïllant com el diòxid de silici sobre el substrat de silici i, sobre aquesta, es diposita una capa orgànica sensible als raigs ultraviolats mitjançant la tècnica del revestiment de rotació. A continuació, la màscara fotolitogràfica es posa en contacte amb la capa orgànica. Totes les hòsties són sotmeses a radiació UV, cosa que permet la transferència de la màscara de patró a la capa orgànica. La radiació o enforteix el fotoresistor la debilita. L'òxid descobert del fotoresist exposat s'elimina amb àcid clorhídric. La fotoresistència restant s’elimina amb àcid sulfúric calent i el resultat és un patró d’òxid al substrat, que s’utilitza com a màscara.
Pas 4 : El quart pas consisteix en eliminar el silici o l'aiguafort no utilitzat. Implica l’eliminació d’un gruix del substrat mitjançant gravat humit o gravat en sec. En el gravat humit, el substrat està submergit en una solució líquida de substància química química, que grava o elimina el substrat exposat per igual en totes direccions (substància isòtropa) o en una direcció particular (substància anisotròpica). Els comerciants més populars són HNA (àcid fluorhídric, àcid nítric i àcid acètic) i KOH (hidròxid de potassi).
Pas 5 : El cinquè pas consisteix en la unió de dues o més hòsties per produir una hòstia multicapa o una estructura en 3 D. Es pot fer mitjançant unió de fusió que implica unió directa entre les capes o mitjançant unió anòdica.
Pas 6 : El 6^thEl pas consisteix en muntar i integrar el dispositiu MEMs en un sol xip de silici.
Pas 7 : El 7^thEl pas implica l'embalatge de tot el conjunt per garantir la protecció de l'entorn exterior, la connexió adequada amb l'entorn, la mínima interferència elèctrica. Els paquets que s’utilitzen habitualment són els paquets de llaunes metàl·liques i els paquets de finestres de ceràmica. Els xips s’uneixen a la superfície mitjançant una tècnica d’unió de filferro o mitjançant tecnologia flip-chip on els xips s’uneixen a la superfície mitjançant un material adhesiu que es fon en escalfar-se, formant connexions elèctriques entre el xip i el substrat.

Fabricació de MEMs mitjançant Micromachining de superfície

Fabricació d'estructures en voladís mitjançant micromecanització superficial

El primer pas consisteix en la deposició de la capa temporal (una capa d’òxid o una capa de nitrur) sobre el substrat de silici mitjançant una tècnica de deposició de vapor químic a baixa pressió. Aquesta capa és la capa de sacrifici i proporciona aïllament elèctric.
El segon pas consisteix en la deposició de la capa espaiadora que pot ser un vidre fosfosilicat, que s’utilitza per proporcionar una base estructural.
El tercer pas implica el gravat posterior de la capa mitjançant la tècnica de gravat en sec. La tècnica de gravat en sec pot ser un gravat iònic reactiu on la superfície a gravar està sotmesa a ions accelerats de la gravació en fase de gas o vapor.
El quart pas consisteix en la deposició química de polisilici dopat amb fòsfor per formar la capa estructural.
El cinquè pas implica gravat en sec o eliminació de la capa estructural per revelar les capes subjacents.
El 6è pas implica l'eliminació de la capa d'òxid i la capa espaiadora per formar l'estructura necessària.
La resta de passos són similars a la tècnica de micromecanització massiva.

MEM fabricant mitjançant tècnica LIGA.

És una tècnica de fabricació que consisteix en litografia, galvanoplàstia i emmotllament sobre un sol substrat.

Procés LIGA

1^cpas consisteix en la deposició d’una capa de titani o coure o alumini sobre el substrat per formar un patró.
2^ndpas consisteix en la deposició d’una fina capa de níquel que actua com a base de revestiment.
3^rdpas implica l’addició d’un material sensible als raigs X com el PMMA (polimetilmetacrilat).
4^thpas consisteix en alinear una màscara sobre la superfície i exposar el PMMA a la radiació de raigs X. S'elimina la zona exposada de PMMA i es deixa la resta coberta per la màscara.
5^thpas consisteix a col·locar l'estructura basada en PMMA en un bany de galvanització on el níquel està recobert a les zones PMMA eliminades.
6^thpas implica l'eliminació de la capa PMMA restant i la capa de revestiment, per revelar l'estructura requerida.

Avantatges de la tecnologia MEMs

“com es prova un condensador amb un multímetre digital ”

Proporciona una solució eficient a la necessitat de miniaturització sense cap compromís de funcionalitat o rendiment.
El cost i el temps de fabricació es redueixen.
Els dispositius fabricats per MEMs són més ràpids, fiables i econòmics
Els dispositius es poden integrar fàcilment en sistemes.

Tres exemples pràctics de dispositius fabricats per MEMs

Sensor de coixí de seguretat d’automòbil : L’aplicació pionera dels dispositius fabricats amb MEMs va ser el sensor de coixí de seguretat de l’automòbil que consistia en un acceleròmetre (per mesurar la velocitat o l’acceleració del cotxe) i l’electrònica de control unitat fabricada en un sol xip que es pot incrustar al coixí de seguretat i, per tant, controla la inflació del coixí de seguretat.

Dispositiu BioMEM : Un dispositiu fabricat per MEMs consisteix en una estructura similar a les dents que ha estat desenvolupada per Sandia National Laboratories, que té la possibilitat de atrapar un glòbul vermell, injectar-lo amb ADN, proteïnes o fàrmacs i després alliberar-lo.

Capçalera de la impressora d'injecció de tinta: HP ha fabricat un dispositiu MEMs que consisteix en una sèrie de resistències que es poden disparar mitjançant el control del microprocessador i, a mesura que la tinta passa a través de les resistències escalfades, es vaporitza a bombolles i aquestes bombolles són forçades a sortir del dispositiu a través del broquet, sobre el paper i solidificar-se instantàniament.

Per tant, he donat una idea bàsica sobre les tècniques de fabricació de MEMs. És bastant complicat del que sembla. Fins i tot hi ha moltes altres tècniques. si teniu cap pregunta sobre aquest tema o sobre elèctrica i projectes electrònics Coneix-ne i afegeix els teus coneixements aquí.

Crèdit fotogràfic: