النظام الكهروميكانيكي الصغير هو نظام من الأجهزة والهياكل المصغرة التي يمكن تصنيعها باستخدام تقنيات التصنيع الدقيق. إنه نظام من المستشعرات الدقيقة والمحفزات الدقيقة والبنى الدقيقة الأخرى المصنعة معًا على ركيزة مشتركة من السيليكون. يتكون نظام MEMs النموذجي من مستشعر دقيق يستشعر البيئة ويحول متغير البيئة إلى دائرة كهربائية . تقوم الإلكترونيات الدقيقة بمعالجة الإشارة الكهربائية ويعمل الميكروكتور وفقًا لذلك على إحداث تغيير في البيئة.

يتضمن تصنيع جهاز MEM طرق تصنيع IC الأساسية جنبًا إلى جنب مع عملية micromachining التي تتضمن إزالة انتقائية للسيليكون أو إضافة طبقات هيكلية أخرى.

خطوات تصنيع المواد الكهروميكانيكية الصغرى باستخدام الآلات الدقيقة السائبة:

تقنية الآلات الدقيقة بالجملة التي تشمل الطباعة الحجرية الضوئية

الخطوة 1 : تتضمن الخطوة الأولى تصميم الدائرة ورسم الدائرة إما على ورقة أو باستخدام برنامج مثل PSpice أو Proteus.
الخطوة 2 : تتضمن الخطوة الثانية محاكاة الدائرة والنمذجة باستخدام CAD (التصميم بمساعدة الكمبيوتر). يستخدم CAD لتصميم القناع الليثوغرافي الذي يتكون من لوحة زجاجية مطلية بنمط الكروم.
الخطوه 3 : تتضمن الخطوة الثالثة الطباعة الحجرية الضوئية. في هذه الخطوة ، يتم تغليف طبقة رقيقة من مادة عازلة مثل ثاني أكسيد السيليكون فوق طبقة من السيليكون ، وفوق ذلك يتم ترسيب طبقة عضوية حساسة للأشعة فوق البنفسجية باستخدام تقنية طلاء الدوران. يتم بعد ذلك وضع القناع الليثوغرافي على اتصال مع الطبقة العضوية. يتم بعد ذلك تعريض الرقاقة بأكملها للأشعة فوق البنفسجية ، مما يسمح بنقل قناع النمط إلى الطبقة العضوية. يقوم الإشعاع إما بتقوية المقاوم الضوئي وإضعافه. تتم إزالة الأكسيد المكشوف الموجود على مقاوم الضوء المكشوف باستخدام حمض الهيدروكلوريك. تتم إزالة مقاوم الضوء المتبقي باستخدام حمض الكبريتيك الساخن والنتيجة هي نمط أكسيد على الركيزة ، والذي يستخدم كقناع.
الخطوة 4 : الخطوة الرابعة تتضمن إزالة السيليكون أو النقش غير المستخدم. إنه ينطوي على إزالة جزء كبير من الركيزة إما باستخدام الحفر الرطب أو الحفر الجاف. في الحفر الرطب ، يتم غمر الركيزة في محلول سائل لمادة كيميائية ، والتي تحفر أو تزيل الركيزة المكشوفة إما بالتساوي في جميع الاتجاهات (الخواص الخواص) أو اتجاه معين (الخواص الخواص) الخامات المستخدمة بشكل شائع هي HNA (حمض الهيدروفلوريك وحمض النيتريك وحمض الخليك) و KOH (هيدروكسيد البوتاسيوم).
الخطوة الخامسة : تتضمن الخطوة الخامسة ضم اثنتين أو أكثر من الرقائق لإنتاج رقاقة متعددة الطبقات أو هيكل ثلاثي الأبعاد. يمكن أن يتم ذلك باستخدام الترابط الانصهار الذي يتضمن الترابط المباشر بين الطبقات أو باستخدام الرابطة الأنودية.
الخطوة 6 : 6^العاشرتتضمن الخطوة تجميع ودمج جهاز MEM على شريحة السيليكون المفردة.
الخطوة 7 : 7^العاشرتتضمن الخطوة تغليف المجموعة بأكملها لضمان الحماية من البيئة الخارجية ، والاتصال المناسب بالبيئة ، والحد الأدنى من التداخل الكهربائي. الحزم المستخدمة بشكل شائع هي عبوات العلب المعدنية وحزمة النوافذ الخزفية يتم لصق الرقائق بالسطح إما باستخدام تقنية ربط الأسلاك أو باستخدام تقنية الرقاقة القلابة حيث يتم ربط الرقائق بالسطح باستخدام مادة لاصقة تذوب عند التسخين ، وتشكل توصيلات كهربائية بين الشريحة والركيزة.

تصنيع المواد الكهروميكانيكية الصغرى باستخدام الآلات الدقيقة السطحية

تصنيع الهيكل الكابولي باستخدام الآلات الدقيقة السطحية

الخطوة الأولى يتضمن ترسيب الطبقة المؤقتة (طبقة أكسيد أو طبقة نيتريد) على ركيزة السيليكون باستخدام تقنية ترسيب بخار كيميائي منخفض الضغط. هذه الطبقة هي طبقة الذبيحة وتوفر عزلًا كهربائيًا.
الخطوة الثانية يتضمن ترسيب طبقة المباعدة التي يمكن أن تكون زجاج فسفوسيليكات ، تستخدم لتوفير قاعدة هيكلية.
الخطوة الثالثة يتضمن النقش اللاحق للطبقة باستخدام تقنية الحفر الجاف. يمكن أن تكون تقنية الحفر الجاف عبارة عن حفر أيوني تفاعلي حيث يتعرض السطح المراد حفره لأيونات متسارعة للغاز أو حفر طور البخار.
الخطوة الرابعة يتضمن الترسيب الكيميائي للبولي سيليكون المشبع بالفوسفور لتشكيل الطبقة الهيكلية.
الخطوة الخامسة يتضمن الحفر الجاف أو إزالة الطبقة الهيكلية للكشف عن الطبقات الأساسية.
الخطوة السادسة يتضمن إزالة طبقة الأكسيد وطبقة المباعد لتشكيل الهيكل المطلوب.
تتشابه بقية الخطوات مع تقنية الميكروماكينغ بالجملة.

تصنيع MEM باستخدام تقنية LIGA.

إنها تقنية تصنيع تتضمن الطباعة الحجرية والطلاء الكهربائي والقولبة على ركيزة واحدة.

عملية LIGA

1^شخطوة يتضمن ترسيب طبقة من التيتانيوم أو النحاس أو الألومنيوم على الركيزة لتشكيل نمط.
اثنين^{اختصار الثاني}خطوة يتضمن ترسب طبقة رقيقة من النيكل تعمل كقاعدة تصفيح.
3^{بحث وتطوير}خطوة يتضمن إضافة مادة حساسة للأشعة السينية مثل PMMA (بولي ميثيل ميثا أكريلات).
4^العاشرخطوة يتضمن محاذاة قناع على السطح وتعريض PMMA لإشعاع الأشعة السينية. تتم إزالة المنطقة المكشوفة من PMMA وترك الجزء المتبقي المغطى بالقناع.
5^العاشرخطوة يتضمن وضع الهيكل القائم على PMMA في حمام الطلاء الكهربائي حيث يتم طلاء النيكل على مناطق PMMA التي تمت إزالتها.
6^العاشرخطوة يتضمن إزالة طبقة PMMA المتبقية وطبقة الطلاء ، للكشف عن الهيكل المطلوب.

مزايا تقنية النظم الكهروميكانيكية الصغرى

“مقسم الجهد حكم المقاومات المتوازية ”

يوفر حلاً فعالاً للحاجة إلى التصغير دون أي مساومة على الوظيفة أو الأداء.
يتم تقليل تكلفة ووقت التصنيع.
أجهزة MEMs المُصنَّعة أسرع وموثوقة وأرخص
يمكن دمج الأجهزة بسهولة في الأنظمة.

ثلاثة أمثلة عملية للأجهزة المصنعة للنظم الكهروميكانيكية الصغرى

مستشعر الوسادة الهوائية للسيارات : كان التطبيق الرائد للأجهزة المصنعة في MEM هو مستشعر الوسادة الهوائية للسيارة والذي يتكون من مقياس التسارع (لقياس سرعة السيارة أو تسارعها) و إلكترونيات التحكم وحدة ملفقة على شريحة واحدة يمكن دمجها في الوسادة الهوائية وبالتالي التحكم في تضخم الوسادة الهوائية.

جهاز BioMEMs : يتكون الجهاز المصنوع من MEMs من بنية تشبه الأسنان تم تطويرها بواسطة مختبرات سانديا الوطنية والتي لديها القدرة على احتجاز خلايا الدم الحمراء وحقنها بالحمض النووي أو البروتينات أو الأدوية ثم إعادة إطلاقها.

رأس الطابعة النافثة للحبر: تم تصنيع جهاز MEMs من قبل HP والذي يتكون من مجموعة من المقاومات التي يمكن إطلاقها باستخدام التحكم في المعالجات الدقيقة وعندما يمر الحبر عبر المقاومات الساخنة ، يتم تبخيره إلى فقاعات ويتم إخراج هذه الفقاعات من الجهاز من خلال الفوهة ، على الورق وتتصلب على الفور.

لذلك أعطيت فكرة أساسية عن تقنيات تصنيع النظم الكهروميكانيكية الصغرى. إنه معقد للغاية مما يبدو. حتى أن هناك العديد من التقنيات الأخرى. إذا كان لديك أي استفسارات حول هذا الموضوع أو الكهربائية و المشاريع الالكترونية تعرف عليها وقم بإضافة معرفتك هنا.

مصدر الصورة: