O Micro Electro Mechanical System é um sistema de dispositivos e estruturas miniaturizados que podem ser fabricados por meio de técnicas de microfabricação. É um sistema de microssensores, microactuadores e outras microestruturas fabricados juntos em um substrato de silício comum. Um sistema MEMs típico consiste em um microssensor que detecta o ambiente e converte a variável de ambiente em um circuito elétrico . A microeletrônica processa o sinal elétrico e o microactuador trabalha de acordo para produzir uma mudança no ambiente.

A fabricação de dispositivos MEMs envolve os métodos básicos de fabricação de IC, juntamente com o processo de micromaquinagem envolvendo a remoção seletiva de silício ou a adição de outras camadas estruturais.

Etapas de fabricação de MEMs usando micromaquinação a granel:

Técnica de micromaquinação em massa envolvendo fotolitografia

Passo 1 : A primeira etapa envolve o projeto do circuito e desenho do circuito em um papel ou no uso de software como PSpice ou Proteus.
Passo 2 : A segunda etapa envolve a simulação do circuito e modelagem em CAD (Computer-Aided Design). CAD é usado para projetar a máscara fotolitográfica que consiste na placa de vidro revestida com padrão de cromo.
etapa 3 : A terceira etapa envolve fotolitografia. Nesta etapa, uma fina película de material isolante como o Dióxido de Silício é revestida sobre o substrato de silício e, sobre ela, uma camada orgânica, sensível aos raios ultravioleta, é depositada através da técnica de spin coating. A máscara fotolitográfica é então colocada em contato com a camada orgânica. Todo o wafer é então submetido à radiação UV, permitindo que a máscara padrão seja transferida para a camada orgânica. A radiação fortalece o fotorresistor e o enfraquece. O óxido descoberto no fotorresiste exposto é removido usando ácido clorídrico. O fotorresistente restante é removido com ácido sulfúrico quente e o resultante é um padrão de óxido no substrato, que é usado como máscara.
Passo 4 : A quarta etapa envolve a remoção do silicone não utilizado ou corrosão. Envolve a remoção de uma grande parte do substrato usando ataque químico ou ataque seco. Na decapagem úmida, o substrato é imerso em uma solução líquida de um decapante químico, que decapita ou remove o substrato exposto igualmente em todas as direções (decapante isotrópico) ou em uma direção particular (decapante anisotrópico). Os agentes de ácido popularmente usados são HNA (ácido fluorídrico, ácido nítrico e ácido acético) e KOH (hidróxido de potássio).
Etapa 5 : A quinta etapa envolve a união de dois ou mais wafers para produzir um wafer multicamadas ou uma estrutura 3D. Isso pode ser feito usando ligação por fusão, que envolve a ligação direta entre as camadas ou usando ligação anódica.
Etapa 6 : The 6^ºetapa envolve a montagem e integração do dispositivo MEMs em um único chip de silício.
Etapa 7 : Os 7^ºetapa envolve a embalagem de todo o conjunto para garantir a proteção do ambiente externo, conexão adequada com o ambiente, interferência elétrica mínima. Os pacotes comumente usados são pacotes de latas de metal e pacotes de janelas de cerâmica. Os chips são ligados à superfície usando uma técnica de ligação de arame ou usando a tecnologia flip-chip, onde os chips são ligados à superfície usando um material adesivo que derrete com o aquecimento, formando conexões elétricas entre o chip e o substrato.

Fabricação de MEMs usando Micromaquinação de Superfície

Fabricação de Estrutura Cantilever usando Micromachining de Superfície

O primeiro passo envolve a deposição da camada temporária (uma camada de óxido ou uma camada de nitreto) no substrato de silício usando uma técnica de deposição de vapor químico de baixa pressão. Esta camada é a camada sacrificial e fornece isolamento elétrico.
A segunda etapa envolve a deposição da camada espaçadora que pode ser um vidro de fosfosilicato, usado para fornecer uma base estrutural.
A terceira etapa envolve a gravação subsequente da camada usando a técnica de gravação a seco. A técnica de gravação a seco pode ser a corrosão iônica reativa em que a superfície a ser gravada é submetida a íons em aceleração da gravação em fase gasosa ou de vapor.
A quarta etapa envolve a deposição química de polissilício dopado com fósforo para formar a camada estrutural.
O quinto passo envolve gravação a seco ou remoção da camada estrutural para revelar as camadas subjacentes.
O 6º passo envolve a remoção da camada de óxido e da camada espaçadora para formar a estrutura necessária.
O resto das etapas são semelhantes à técnica de microusinagem em massa.

Fabricação de MEMs usando a técnica LIGA.

É uma técnica de fabricação que envolve litografia, galvanoplastia e moldagem em um único substrato.

LIGA Process

1^stdegrau envolve a deposição de uma camada de titânio ou cobre ou alumínio no substrato para formar um padrão.
dois^WLdegrau envolve a deposição de uma fina camada de Níquel que atua como base de revestimento.
3^rddegrau envolve a adição de um material sensível aos raios X como o PMMA (polimetilmetacrilato).
4^ºdegrau envolve o alinhamento de uma máscara sobre a superfície e a exposição do PMMA à radiação de raios-x. A área exposta de PMMA é removida e a área restante coberta pela máscara é deixada.
5^ºdegrau envolve a colocação da estrutura baseada em PMMA em um banho de galvanoplastia em que o níquel é revestido nas áreas de PMMA removidas.
6^ºdegrau envolve a remoção da camada de PMMA restante e da camada de revestimento, para revelar a estrutura necessária.

Vantagens da tecnologia MEMs

“tabela verdade para calculadora de expressão booleana ”

Ele fornece uma solução eficiente para a necessidade de miniaturização sem comprometer a funcionalidade ou o desempenho.
O custo e o tempo de fabricação são reduzidos.
Os dispositivos fabricados em MEMs são mais rápidos, confiáveis e baratos
Os dispositivos podem ser facilmente integrados em sistemas.

Três exemplos práticos de dispositivos fabricados por MEMs

Sensor de airbag de automóvel : A aplicação pioneira de dispositivos fabricados em MEMs foi o sensor de airbag automotivo, que consistia em um acelerômetro (para medir a velocidade ou aceleração do carro) e a eletrônica de controle unidade fabricada em um único chip que pode ser embutido no airbag e, consequentemente, controlar a inflação do airbag.

Dispositivo BioMEMs : Um dispositivo fabricado por MEMs consiste em uma estrutura semelhante a dentes que foi desenvolvida pelo Sandia National Laboratories que tem a capacidade de capturar um glóbulo vermelho, injetá-lo com DNA, proteínas ou drogas e depois liberá-lo de volta.

Cabeçalho da impressora jato de tinta: Um dispositivo MEMs foi fabricado pela HP, que consiste em uma matriz de resistores que podem ser disparados usando o controle do microprocessador e conforme a tinta passa pelos resistores aquecidos, ela se vaporiza em bolhas e essas bolhas são forçadas para fora do dispositivo através do bico, no papel e solidificar instantaneamente.

Então, eu dei uma idéia básica sobre as técnicas de fabricação de MEMs. É bastante complicado do que parece. Ainda existem muitas outras técnicas. se você tiver alguma dúvida sobre este tópico ou a elétrica e projetos eletrônicos Conheça-os e adicione seus conhecimentos aqui.

Crédito da foto: