Hệ thống vi cơ điện tử là hệ thống các thiết bị và cấu trúc nhỏ có thể được sản xuất bằng kỹ thuật chế tạo vi mô. Đây là hệ thống cảm biến vi mô. Bộ truyền động vi mô và các cấu trúc nhỏ khác Được chế tạo đồng thời trên một chất nền silicon chung, một hệ thống MEM điển hình bao gồm các cảm biến vi mô có chức năng cảm nhận môi trường và chuyển đổi các biến số môi trường thành mạch vi điện tử xử lý tín hiệu điện. Và các bộ vi truyền động hoạt động để tạo ra những thay đổi trong môi trường.

Sản xuất thiết bị MEM bao gồm các phương pháp sản xuất IC cơ bản kết hợp với các quy trình gia công vi mô bao gồm việc loại bỏ silicon có chọn lọc hoặc bổ sung thêm các lớp cấu trúc.

Quy trình sản xuất MEM sử dụng công nghệ gia công vi mô:

Kỹ thuật gia công vi mô sản xuất hàng loạt liên quan đến quang khắc Kỹ thuật gia công vi mô sản xuất hàng loạt liên quan đến quang khắc

• Bước 1: Bước đầu tiên bao gồm thiết kế mạch và vẽ nó trên giấy hoặc sử dụng phần mềm như PSpice hoặc Proteus.
• Bước 2: Bước thứ hai liên quan đến việc mô phỏng và tạo mô hình mạch bằng CAD (thiết kế hỗ trợ máy tính). CAD được sử dụng để thiết kế mặt nạ quang khắc, bao gồm các tấm kính được phủ một lớp hoa văn crom.
• Bước 3: Bước thứ ba liên quan đến quang khắc. Ở bước này, một lớp màng mỏng vật liệu cách điện, chẳng hạn như silicon dioxide, sẽ được lắng đọng. Trên nền silicon, một lớp hữu cơ nhạy cảm với tia cực tím sau đó được phủ lên trên lớp này bằng kỹ thuật phủ quay. Sau đó, mặt nạ quang khắc được đặt tiếp xúc với lớp hữu cơ. Sau đó, nó được chiếu tia UV để mặt nạ có hoa văn có thể được chuyển sang lớp hữu cơ. Bức xạ làm tăng cường và làm yếu điện trở quang. Lớp oxit chưa được che phủ trên lớp cản quang được chiếu xạ sẽ được loại bỏ bằng axit clohydric. Chất cản quang còn lại được loại bỏ bằng axit sunfuric nóng. Và kết quả là một mẫu oxit xuất hiện trên chất nền. Được sử dụng như một mặt nạ
• Bước 4: Bước thứ tư bao gồm việc loại bỏ bất kỳ silicone hoặc lớp khắc nào chưa sử dụng. Phương pháp này bao gồm việc loại bỏ một lượng lớn diện tích bề mặt bằng cách khắc ướt hoặc khắc khô. Trong quá trình khắc ướt Bề mặt được ngâm trong dung dịch lỏng của tác nhân khắc hóa học. Sẽ cắn hoặc loại bỏ bề mặt tiếp xúc đều theo mọi hướng. (chiết xuất đẳng hướng) hoặc theo cả hai hướng (Tác nhân khắc dị hướng) Các tác nhân khắc thường được sử dụng bao gồm HNA (axit flohydric, nitric và axetic) và KOH (kali hydroxit).
• Bước 5:  Bước thứ năm bao gồm việc liên kết hai hoặc nhiều tấm wafer lại với nhau để tạo ra một tấm wafer nhiều lớp hoặc cấu trúc 3D. Điều này có thể thực hiện bằng phương pháp hàn nóng chảy, bao gồm liên kết trực tiếp giữa các lớp. Hoặc sử dụng hàn anốt
• Bước 6: Bước 6 bao gồm việc lắp ráp và tích hợp thiết bị MEM vào một chip silicon duy nhất.
• Bước 7: Bước 7 bao gồm việc đóng gói toàn bộ cụm lắp ráp để đảm bảo cụm lắp ráp được bảo vệ khỏi môi trường bên ngoài. Kết nối đúng cách với môi trường và giảm thiểu nhiễu điện Bao bì thường được sử dụng bao gồm lon kim loại và bao bì cửa sổ bằng gốm. Con chip được gắn vào bề mặt bằng kỹ thuật liên kết dây hoặc công nghệ lật chip. Con chip được gắn vào bề mặt bằng chất kết dính sẽ tan chảy khi đun nóng. Tạo kết nối điện giữa chip và chất nền.

Sản xuất MEMS bằng công nghệ vi gia công

Sản xuất kết cấu dầm công xôn bằng phương pháp gia công vi mô. Sản xuất kết cấu dầm công xôn bằng phương pháp gia công vi mô.

• Bước đầu tiên liên quan đến việc tích tụ các lớp tạm thời. (Lớp oxit hoặc lớp nitrit) trên bề mặt silicon bằng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học áp suất thấp. Lớp này là lớp hy sinh và có tác dụng cách điện.
• Bước thứ hai bao gồm việc lắng đọng một lớp đệm, có thể là thủy tinh phosphosilicate. Được sử dụng để làm nền tảng kết cấu
• Bước ba bao gồm việc khắc lớp tiếp theo bằng kỹ thuật khắc khô. Kỹ thuật khắc khô có thể là kỹ thuật khắc ion phản ứng. Bề mặt cần khắc phải được tiếp xúc với các ion xúc tác khắc trong pha khí hoặc pha hơi.
• Bước bốn: Bao gồm quá trình lắng đọng hóa học polysilicon pha tạp phốt pho để tạo thành lớp cấu trúc.
• Bước năm : Làm khô hoặc bóc tách các lớp cấu trúc để lộ ra các lớp bên dưới.
• Bước 6 bao gồm việc loại bỏ lớp oxit và lớp đệm để tạo ra cấu trúc mong muốn.
• Các bước còn lại tương tự như kỹ thuật gia công vi mô.

Sản xuất MEM bằng kỹ thuật LIGA

Đây là một kỹ thuật sản xuất liên quan đến in thạch bản. Mạ điện và đúc trên một mảnh vật liệu cơ bản duy nhất

Quy trình LIGAQuy trình LIGA

• Bước 1 là phủ một lớp titan hoặc đồng hoặc nhôm lên bề mặt để tạo thành hoa văn.
• Bước thứ hai là phủ một lớp niken mỏng, đóng vai trò là lớp nền cho lớp mạ.
• Bước 3 bao gồm việc bổ sung vật liệu nhạy cảm với tia X như PMMA (polymethyl methacrylate).
• Bước 4 là đặt mặt nạ lên bề mặt và chiếu tia X vào PMMA. Thao tác này sẽ loại bỏ phần diện tích tiếp xúc với PMMA và che phần diện tích còn lại bằng mặt nạ.
• Bước 5 bao gồm việc đặt cấu trúc PMMA vào bể mạ điện. Niken được mạ trên vùng PMMA đã được loại bỏ.
• Bước 6 bao gồm việc loại bỏ lớp PMMA còn lại và lớp mạ. Để lộ cấu trúc mong muốn

Ưu điểm của công nghệ MEM

1. Đây là giải pháp hiệu quả cho nhu cầu thu nhỏ mà không ảnh hưởng đến chức năng hoặc hiệu suất.
2. Giảm chi phí sản xuất và thời gian
3. Các MEM được sản xuất nhanh, đáng tin cậy và rẻ hơn.
4. Các thiết bị có thể dễ dàng tích hợp vào hệ thống.

Ba ví dụ thực tế về các thiết bị MEM được sản xuất

Cảm biến túi khí ô tô: Ứng dụng sơ bộ của MEM trong thiết bị Đây là cảm biến túi khí trong ô tô bao gồm một máy đo gia tốc. (để đo tốc độ hoặc gia tốc của xe) và bộ điều khiển điện tử Được sản xuất trên một con chip duy nhất có thể được nhúng vào túi khí và điều khiển quá trình bơm hơi của túi khí cho phù hợp.

Thiết bị BioMEM: Một thiết bị được chế tạo bằng MEM, bao gồm các cấu trúc giống như răng do Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia phát triển, có chức năng thu thập các tế bào hồng cầu, tiêm DNA, protein hoặc thuốc, sau đó giải phóng chúng trở lại.

Đầu máy in phun: MEM do HP sản xuất và bao gồm một mảng điện trở có thể vận hành bằng bộ điều khiển vi xử lý. Và khi mực đi qua điện trở được nung nóng, mực sẽ bốc hơi thành các bong bóng. Và những bong bóng này được ép ra khỏi thiết bị thông qua một vòi phun, lên giấy và đông cứng ngay lập tức.

Tôi đã cung cấp cho bạn ý tưởng cơ bản về kỹ thuật sản xuất MEM, thực ra nó phức tạp hơn vẻ bề ngoài một chút.

‍

‍