Micro-usinagem de superfície - Surface micromachining
A microusinagem de superfície cria microestruturas por deposição e gravação de camadas estruturais sobre um substrato . Isso é diferente da microusinagem a granel , na qual um wafer de substrato de silício é gravado seletivamente para produzir estruturas.
Camadas
Geralmente, o polissilício é usado como uma das camadas de substrato, enquanto o dióxido de silício é usado como uma camada sacrificial. A camada sacrificial é removida ou gravada para criar qualquer vazio necessário na direção da espessura. Camadas adicionadas tendem a variar em tamanho de 2 a 5 micrômetros. A principal vantagem desse processo de usinagem é a capacidade de construir componentes eletrônicos e mecânicos (funções) no mesmo substrato. Os componentes microusinados de superfície são menores em comparação com suas contrapartes microusinadas a granel.
Como as estruturas são construídas sobre o substrato e não dentro dele, as propriedades do substrato não são tão importantes quanto na microusinagem a granel. Bolachas de silício caras podem ser substituídas por substratos mais baratos, como vidro ou plástico . O tamanho dos substratos pode ser maior do que um wafer de silício, e a microusinagem de superfície é usada para produzir transistores de película fina em substratos de vidro de grande área para monitores de tela plana. Esta tecnologia também pode ser utilizada para a fabricação de células solares de película fina , que podem ser depositadas sobre vidro, substratos de tereftalato de polietileno ou outros materiais não rígidos.
Processo de fabricação
A microusinagem começa com uma pastilha de silício ou outro substrato sobre o qual novas camadas são desenvolvidas. Essas camadas são gravadas seletivamente por fotolitografia ; uma corrosão úmida envolvendo um ácido ou uma corrosão seca envolvendo um gás ionizado (ou plasma ). A gravação a seco pode combinar a gravação química com a gravação física ou bombardeio iônico . A micro-usinagem de superfície envolve quantas camadas forem necessárias com uma máscara diferente (produzindo um padrão diferente) em cada camada. A fabricação de circuitos integrados modernos usa essa técnica e pode usar até 100 camadas. A microusinagem é uma tecnologia mais recente e geralmente não usa mais do que 5 ou 6 camadas. A microusinagem de superfície usa tecnologia desenvolvida (embora às vezes não seja suficiente para aplicações exigentes), que é facilmente repetível para produção de volume.
Camadas sacrificiais
Uma camada sacrificial é usada para construir componentes complicados, como peças móveis. Por exemplo, um cantilever suspenso pode ser construído depositando e estruturando uma camada sacrificial, que é então removida seletivamente nos locais onde as vigas futuras devem ser fixadas ao substrato (ou seja, os pontos de ancoragem). Uma camada estrutural é então depositada no topo do polímero e estruturada para definir as vigas. Finalmente, a camada sacrificial é removida para liberar as vigas, usando um processo de corrosão seletiva que não danifica a camada estrutural.
Muitas combinações de camadas estruturais e sacrificiais são possíveis. A combinação escolhida depende do processo. Por exemplo, é importante que a camada estrutural não seja danificada pelo processo usado para remover a camada sacrificial.
Exemplos
A micro-usinagem de superfície pode ser vista em ação nos seguintes produtos MEMS (Microeletromecânicos):
- Acelerômetros microusinados de superfície
- Matriz de sonda neural multicanal flexível 3D
- Relés nanoeletromecânicos