LIGA/UV-LIGA 도금 | 금속 마이크로구조물 \ RF 소자 \ 관성 센서 \ 방열 마이크로구조물 응용 분야

유럽에서 사용되는 용어인 마이크로시스템, 미국에서 사용되는 용어인 초소형 전자 기계 시스템(MEMS), 일본에서 사용되는 용어인 마이크로머신.마이크로 센서, 마이크로 액추에이터, 신호 처리, 제어 회로, 마이크로 에너지, 열 관리 및 다양한 형태의 인터페이스를 포괄적으로 설계하여 하나의 통합 장치 또는 시스템에서 다기능을 형성하는 능력.지능형 마이크로 시스템 실현의 5 가지 주요 구성 요소 중 하나 인 MEMS는 좁은 의미의 마이크로 시스템 기술로 간주되며 본질적으로 마이크로 전자 공학과 관련된 단일 또는 여러 유형의 사용을 실현하기위한 종합적인 최첨단 기술입니다, 정보학, 광학, 음향, 화학, 유체 역학, 자동 제어, 재료 과학 및 기타 여러 학문의 교차점. MEMS 기술로 준비된 장치는 소형화, 통합, 높은 안정성, 대량 생산 등의 특성을 가지고 있으며 정보, 생물학, 자동차, 군사 및 기타 분야에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있으며 이는 국가가 기술 리더십을 유지하는 데 큰 의미가 있습니다.

MEMS 기술에서 금속 미세 구조에 대한 수요와 처리 난이도가 증가함에 따라 전기 도금은 MEMS 소자 구현에 필수적인 공정으로 발전했습니다. 도금 공정은 더 이상 표면 보호층으로서의 적용에 국한되지 않고 미세 면적 도금 등을 통해 MEMS에 필요한 특정 금속 기계적 미세 구조, 기능성 미세 구조, 상호 연결 미세 구조 및 방열 미세 구조를 준비하는 데 사용됩니다. 도금 공정과 기존 도금 공정의 가장 큰 차이점은 시드 층 준비, 포토 리소그래피, 에칭, 연삭 및 연마, 레이저 트리밍, 다층 적층 및 기타 처리 단계와 같은 웨이퍼 기반 보조 공정 단계가 수반되어야 하는 경우가 많다는 점입니다. 레이저 트리밍, 다층 스태킹 및 기타 처리 단계는 공정 방법이 상대적으로 더 복잡합니다.

LIGA는 "Lithography, Electroforming 및 Injection Molding"의 독일어 약자로, 전기 성형 구조를 기반으로 한 최초의 MEMS 공정 기술이며, LIGA 공정은 X-선 싱크로트론 리소그래피, 전기 성형 및 금형 재현 단계로 단계별 공정 흐름으로 구성됩니다. 포토리소그래피는 전도성 기판 위에 두꺼운 포토레지스트를 코팅해야 하는데, 일반적으로 메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 사용하며, 이는 X-선 조사 후 현상액에 의해 용해될 수 있는 화학적 특성을 가지고 있습니다. 필름을 만들기 위해 전도성 기판 위에 금속을 전기 도금하여 미세 구조를 증착합니다. 미세 구조의 변형을 일으키지 않기 위해 LIGA 전기 도금 공정은 증착 된 금속이 응력이 가장 적고 성형 과정에서 미세 구조에 손상을 일으키지 않도록 부착되어야하며 일반적으로 사용 가능한 도금 재료에는 금, 구리, 니켈 및 니켈 합금 등이 포함됩니다. 전기 도금으로 얻은 금속 미세 구조 모델은 일반적으로 PMMA로 만들어집니다. 전기 도금으로 얻은 금속 미세 구조 모델을 코어라고하며 필름 복제 공정은 코어를 통해 마이크로 장치를 대량 생산하는 것이며 주요 성형 방법에는 사출 성형 및 핫 필름 임프린팅이 포함됩니다. LIGA 기술은 매우 높은 평행도와 높은 방사선 강도로 인해 다른 미세 제조 기술로는 달성할 수 없는 깊이 대 폭 비율 500, 수백 마이크로미터에서 밀리미터에 이르는 두께, 매끄러운 측벽, 서브미크론 범위의 평행도 편차를 가진 3차원 구조물을 제작할 수 있습니다. 또한 멀티 마스크 등록, 마스크 플레이트의 선형 이동, 기울어진 기판, 뒷면 기울어진 리소그래피와 함께 LIGA 기술을 사용하면 적층, 경사 및 곡면과 같은 구조적 특징을 포함하는 3차원 마이크로 부품을 제작할 수 있습니다.

LIGA 기술은 매우 비싼 X-선 광원과 복잡한 마스크가 필요하기 때문에 공정 비용이 매우 높아 산업에서 널리 사용되는 데 제한이 있습니다. 따라서 저비용 리소그래피 광원과 마스크 제조 공정을 응용한 새로운 공정 기술 제조 성능과 LIGA 기술이 동등한 수준으로, 일반적으로 준 LIGA 기술 또는 LIGA 유사 기술이라고 알려져 있습니다. 그 중 UV 광원을 사용하여 포토레지스트를 노광하는 UV-LIGA 기술은 비용과 단계 모두에서 비교적 간단한 공정이며, 가장 일반적으로 사용되는 공정은 감광제로 PMMA 포지티브 접착제 대신 SU-8 네거티브 접착제를 사용하는 것입니다.가장 일반적으로 사용되는 MEMS 가공 공정 중 하나입니다. 두께 0.5mm 이상, 깊이 대 폭 비율 20:1 이상, 가파른 측벽, 평평한 표면을 가진 가장 일반적으로 사용되는 MEMS 가공 공정 중 하나입니다.

금속 미세 구조물은 변속기, 지지 구조물, 진동 감쇠 구조물, 액추에이터 등으로 사용될 수 있습니다. UV-LIGA 기술은 주로 기어, 지지대, 마이크로 튜브 등과 같이 비교적 높은 종횡비가 요구되고 구조가 단순한 금속 미세 구조물을 대상으로 합니다. UV-LIGA 공정에서 보고된 190︰1의 최대 종횡비는 카길 굴절률 매칭 유체를 사용하여 루이지애나 대학교에서 달성한 것입니다. UV-LIGA 공정에서 알려진 가장 큰 종횡비는 190:1 이상으로 보고되었으며, 이는 미국 루이지애나 대학교에서 카길 굴절률 매칭 용액과 SU-8 리소그래피 갭 보정 방법을 사용하여 얻은 것입니다.

관성 센서는 MEMS 기술의 대표적인 애플리케이션의 큰 클래스이며, MEMS 관성 센서에는 주로 MEMS 자이로 스코프, MEMS 가속도계, 관성 스위치 및 기타 일반적인 제품, 통합, 저전력, 저비용 MEMS 관성 센서는 주로 민간 소비, 고성능, 특수 애플리케이션 환경의 요구를 충족시키기 위해 MEMS 센서는 주로 군사 분야에서 사용됩니다. 관성 센서를 제조하기 위해 바디 공정 또는 표면 미세 가공 공정을 사용하려면 종종 고가의 장비가 필요하며 포토 리소그래피 장비, DRIE, 양극 본딩, 기체 상 증착 및 기타 장비 외에도 매우 일반적으로 사용됩니다. 전기 도금 기술을 주요 구조로 구현한 MEMS 관성 센서는 주로 UV 리소그래피와 전기 성형 장비를 사용하며, 자이로스코프, 가속도계, 관성 스위치 등을 제조하는 데 UV-LIGA 기술을 사용할 수 있습니다.

전기 도금 공정은 특히 전도도가 높은 구리, 금 및 기타 금속을 주요 구조로 전기 도금한 RF 장치와 같은 MEMS RF 장치를 제조하는 데 있어 고유한 기술적 이점을 가지고 있습니다.

MEMS 디바이스로 구성된 마이크로시스템은 고집적, 초소형화, 저전력이 특징이지만, 동시에 시스템의 열 성능에 대한 요구 사항이 높은 구조이며, 특히 GaN과 같은 3세대 반도체 소재가 점차 적용되면서 시스템의 열 밀도가 급격히 증가하고 열 방출이 어려워졌으며 이는 특히 높은 표면 열 흐름, 높은 체열 흐름 밀도, 열 스택으로 나타나고 있습니다. 시스템이 작동할 때 디바이스의 온도를 낮추는 것은 디바이스의 서비스 수명을 향상시키는 효과적인 방법입니다. 전기 도금 기술은 열전도율이 높은 금속 구리를 채널 본체 구조 또는 보조 구조로 증착하여 독특한 미니어처 방열판 구조를 형성할 수 있습니다.

전기 도금 공정은 다른 미세 가공 기술에는 없는 전형적인 장점을 가지고 있습니다. 첫째, 전기 도금 공정은 전형적인 적층 가공 방법으로 다층 적층과 유사한 적층 모드를 채택할 수 있으며 3차원 소자 구조를 형성하기 쉬워 복잡한 금속 마이크로 소자의 제조에 좋은 방법을 제공하며, 둘째, 전기 도금 공정은 특히 구리 및 니켈 도금 기반 소자의 적용에 고가의 진공 환경 장비가 필요하지 않으며 잠재력이 큰 저비용 배치 가공 방법입니다.