LIGA/UV-LIGA покрытие | металлические микроструктуры\РЧ-устройства\Инерционные датчики\Применение микроструктур для рассеивания тепла

Микросистема (термин, используемый в Европе), микроэлектромеханическая система (MEMS, термин, используемый в США) и микромашина (термин, используемый в Японии).Способность микродатчиков, микроактуаторов, обработки сигналов, схем управления, микроэнергетики, терморегулирования и различных форм интерфейсов, посредством комплексного проектирования формировать многофункциональные в одном интегрированном устройстве или системе.МЭМС, как один из пяти основных компонентов реализации интеллектуальных микросистем, рассматривается как микросистемная технология в более узком смысле, по существу комплексная передовая технология для реализации одного или нескольких типов использования, включающая микроэлектронику, Устройства, созданные по технологии МЭМС, обладают свойствами миниатюризации, интеграции, высокой стабильности, массового производства и т.д. и имеют широкий спектр применения в информационной, биологической, автомобильной, военной и других областях, что имеет большое значение для сохранения технологического лидерства страны.

С ростом спроса и сложности обработки металлических микроструктур в технологии МЭМС гальваническое покрытие превратилось в незаменимый процесс для реализации МЭМС-устройств. Процесс гальванического покрытия больше не ограничивается нанесением поверхностного защитного слоя, а используется для подготовки специфических металлических механических микроструктур, функциональных микроструктур, микроструктур межсоединений и микроструктур теплоотвода, необходимых для МЭМС, посредством нанесения микрозон и т. д. Самое большое отличие процесса гальванического покрытия от традиционного процесса гальванического покрытия заключается в том, что он часто должен сопровождаться вспомогательными технологическими операциями на подложке, такими как подготовка начального слоя, фотолитография, травление, полировка, лазерная обрезка, многослойная укладка и другие технологические операции, которые часто необходимы для устройств МЭМС. Лазерная обрезка, многослойная укладка и другие этапы обработки, метод процесса относительно более сложный.

LIGA - это немецкая аббревиатура от "Lithography, Electroforming and Injection Moulding" ("Литография, электроформование и литье под давлением") и самая ранняя технология обработки МЭМС, основанная на электроформовании структур. Процесс LIGA состоит из рентгеновской синхротронной литографии, электроформования и тиражирования форм. Фотолитография требует нанесения толстого фоторезиста на проводящую подложку, обычно с использованием метилметакрилата (ПММА), который обладает тем химическим свойством, что может растворяться проявителем после рентгеновского облучения. Для получения пленки металл осаждается на проводящую подложку путем гальванического нанесения микроструктуры. Чтобы не вызвать деформацию микроструктуры, процесс гальванического нанесения LIGA требует, чтобы осажденный металл имел наименьшее напряжение и не прилипал, чтобы не повредить микроструктуру в процессе формовки, и обычно доступные материалы для нанесения покрытия включают золото, медь, никель, сплав никеля и т.д. Модель микроструктуры металла, полученная путем гальванического нанесения, обычно изготавливается из PMMA. Модель микроструктуры металла, полученная гальваническим способом, называется сердечником, а процесс тиражирования пленки заключается в массовом производстве миниатюрных устройств с помощью сердечников, и основные методы формования включают литье под давлением и горячую печать на пленке. Благодаря очень высокой параллельности и высокой интенсивности рентгеновского излучения технология LIGA позволяет создавать трехмерные структуры с отношением глубины к ширине 500, толщиной от сотен микрометров до миллиметров, гладкими боковыми стенками и отклонениями параллельности в субмикронном диапазоне, что недостижимо при использовании других технологий микрофабрикации. Кроме того, использование технологии LIGA в сочетании с многомасочной регистрацией, линейным перемещением масочных пластин, наклонными подложками и литографией с наклоном в обратную сторону позволяет изготавливать трехмерные микрокомпоненты, содержащие такие структурные особенности, как уложенные, скошенные и изогнутые поверхности.

Поскольку технология LIGA требует чрезвычайно дорогих рентгеновских источников света и сложных масок, стоимость процесса очень высока, что ограничивает широкое применение этой технологии в промышленности. Поэтому существует класс применения недорогих источников света для литографии и процесса изготовления масок, эта новая технология обработки по своим производственным характеристикам эквивалентна технологии LIGA, широко известной как квази-LIGA технология или LIGA-подобная технология. Среди них технология UV-LIGA, которая использует источник ультрафиолетового света для экспонирования фоторезиста, является относительно простым процессом с точки зрения стоимости и этапов, и наиболее часто используемый процесс заключается в использовании негативного клея SU-8 вместо позитивного клея PMMA в качестве фоточувствительного материала.Это один из наиболее распространенных процессов обработки МЭМС. Это один из наиболее распространенных процессов обработки МЭМС с толщиной 0,5 мм и более, отношением глубины к ширине 20:1 и более, крутыми боковыми стенками и плоской поверхностью.

Металлические микроструктуры могут использоваться в качестве трансмиссий, опорных конструкций, структур для гашения вибраций, приводов и т.д. Технология UV-LIGA в основном направлена на металлические микроструктуры с относительно высокими требованиями к соотношению сторон и простые структуры, такие как шестерни, опоры, микротрубки и т.д. Максимальное соотношение сторон 190︰1, о котором сообщалось в процессе UV-LIGA, было достигнуто с помощью жидкости Cargille для согласования показателя преломления в Университете Луизианы. Наибольшее известное соотношение сторон в процессе UV-LIGA, как сообщается, составляет более 190:1, которое было получено в Университете Луизианы, США, с использованием метода компенсации зазоров в литографии SU-8 с использованием раствора для согласования показателя преломления Cargille.

Инерционные датчики представляют собой большой класс представительных приложений в технологии МЭМС, инерционные датчики МЭМС в основном включают гироскопы МЭМС, акселерометры МЭМС, инерционные переключатели и другие типичные продукты, интегрированные, маломощные, недорогие инерционные датчики МЭМС в основном отвечают потребностям гражданского потребления, высокопроизводительные, специальные среды применения, датчики МЭМС в основном используются в военной области. Использование процесса корпусирования или поверхностной микрообработки для производства инерционных датчиков часто требует дорогостоящего оборудования, в дополнение к фотолитографическому оборудованию, DRIE, анодному соединению, осаждению из газовой фазы и другому оборудованию очень часто используется. Инерционные МЭМС-датчики, реализованные с использованием гальванической технологии в качестве основной структуры, в основном используют УФ-литографию и гальванопластическое оборудование, например, технология UV-LIGA может быть использована для подготовки гироскопов, акселерометров, инерционных переключателей и так далее.

Гальванический процесс имеет неотъемлемое техническое преимущество при подготовке радиочастотных устройств МЭМС, особенно радиочастотных устройств с гальваническим покрытием из меди, золота и других металлов с высокой проводимостью в качестве основной структуры.

Микросистемы, состоящие из МЭМС-устройств, характеризуются высокой степенью интеграции, микроминиатюризации и мощности, но в то же время структура предъявляет высокие требования к тепловым характеристикам системы, особенно в связи с постепенным применением полупроводниковых материалов третьего поколения, таких как GaN, что приводит к резкому увеличению плотности теплоотдачи системы и сложности отвода тепла, что конкретно проявляется в высокой степени поверхностного теплового потока, высокой плотности теплового потока корпуса и тепловом суммировании. Снижение температуры устройства при работе системы является эффективным способом увеличения срока службы устройства. Гальваническая технология позволяет наносить металлическую медь с высокой теплопроводностью в качестве канальной структуры корпуса или вспомогательной структуры для формирования уникальной миниатюрной структуры теплоотвода.

Гальванический процесс обладает типичными преимуществами, которых нет у других технологий микрообработки. Во-первых, гальванический процесс является типичным методом аддитивной обработки, который может использовать аддитивный режим, подобный многослойной укладке, и легче формировать трехмерную структуру устройства, что обеспечивает хороший способ для подготовки сложных металлических микроустройств; во-вторых, гальванический процесс не требует дорогостоящего вакуумного оборудования, особенно для применения устройств на основе медного и никелевого покрытия, и является недорогим методом пакетной обработки с большим потенциалом.