Файл: Микросистемотехника (mems) Введение.rtf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.05.2024

Просмотров: 21

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
DLP. Модель может быть построена поднятием объекта из смолы, чтобы создать пространство для не отвержденной смолы и формирование следующего слоя. Другая техника для печати с использованием DLP-построить объект, опустив его вниз в резервуар с формированием новейшего слоя на вершине фотополимерной ванны. Из-за этого, для всех случаев острых углов или выступов, должны всегда быть вертикальные основания, соединяющие их с платформой конструкции. Основания толще в их колоннах и основе, чем в месте где они соединяются с предметом, чтобы выдержать механическое напряжение, например, при отделении совсем недавно отвержденного слоя от резервуара, чтобы создать место для нового слоя смолы. Однако точки соприкосновения между основанием и моделью могут быть минимизированы, в результате чего появляются сильные опорные колонны, сохраняя возможность легкого перемещения, а также минимизирующую поверхностное повреждение.

С DLP, слои, как правило, не образуют хребты, сливаются друг с другом гораздо более плавно, чем пластиковые нити. Когда процесс будет завершен, оставшаяся смола должна быть смыта с раствором. Далее деталь подвергается пескоструйной обработке от того, что осталось после печати, как правило уже после того, как у модели полностью прошел процесс затвердевания, который может быть ускорен под действием УФ-лампы.

Актуаторы применяются и в обычной печати: современные принтеры оперируют с каплями краски объемом порядка пиколитра. Это шарик диаметром около 13 микрон. В одном кубическом миллиметре таких капелек помещается с десяток тысяч! Для того чтобы сформировать столь малый объем жидкости - и сформировать его строго в нужный момент - очевидно, требуется тончайшая механика. Так что и тут работает MEMS.

Сами собой чернила через дюзы не выливаются: диаметр отверстий настолько мал, что сила поверхностного натяжения не дает жидкости просто так вытечь наружу. Краску необходимо выдавить принудительно. Для этого можно воспользоваться несколькими различными технологиями.

Например, можно разместить в микрополости пьезоэлемент. Примерно такой же, как те, что используются в зажигалках. Только процесс в данном случае идет в обратную сторону. В зажигалках пьезоэлемент вырабатывает электричество от деформации (следующей от нажатия кнопки) кристалла. В печатающей головке принтера на пьезокристалл подается ток, вследствие чего кристалл увеличивается в объеме и толкает мембрану, которая, в свою очередь, выталкивает краску наружу (Рисунок 1.6.). Именно такой метод использует компания
Epson.


Рисунок 1.6. - Пьезоструйная печатная головка
Более популярный подход, который практикуют компании HP, Canon и Lexmark: термоструйная печать. В полости размещается нагревательный элемент, который мгновенно нагревает чернила до очень высокой температуры. Жидкость вскипает, увеличивается в объеме и выплескивается из полости на поверхность (Рисунок 1.7.).


Рисунок 1.7. - Термоструйная печатная головка
Струйная печать может служить не только конечной целью производства MEMS, но и промежуточным этапом. Дело в том, что при современном уровне развития технологий струйной печати, она вполне подходит для изготовления микроструктур.

Говоря по-простому, с помощью струйных принтеров можно печатать те или иные микроэлектронные или микроэлектромеханические устройства. Просто для этого надо использовать не обычные чернила, а растворы тех веществ, из которых можно изготовить требующуюся структуру.

Это далеко не весь перечень устройств, где используется MEMS, данная технология имеет огромнейший потенциал.
1.3 Изготовление MEMS устройств
При производстве MEMS-устройств используются примерно те же процессы и материалы, что и при производстве микроэлектроники. В качестве примера рассмотрим одну небольшую и относительно несложную задачу: производство массива микроэлектродов.

Первым делом, на кремниевую подложку - стандартную для микроэлектроники основу - наносится слой изолятора. Как вариант, вместо кремния с изолятором может использоваться стеклянная или даже пластиковая подложка - в данном случае вся идея в том, чтобы основа была электрически нейтральна.


Рисунок 1.8. - Схема, иллюстрирующая изготовление микроэлектрода
После этого наносится слой металла, из которого впоследствии и получатся электроды. Он покрывается фоторезистом.

Следующий этап - литография. Пропущенный через маску ультрафиолет (вполне может быть использовано и другое излучение - зависит от конкретной технологии) изменяет свойства фоторезиста. Та его часть, на которую попали лучи, становится нестойкой к растворителю и удаляется, обнажая слой металла. Неприкрытый фоторезистом металл вытравливается.



После удаления уже ненужного слоя фоторезиста на получившуюся поверхность наносится слой изолятора. Снова наносится фоторезист, снова через маску он облучается ультрафиолетом, снова производится травление, но уже слоя изолятора. В итоге получаются аккуратные углубления, в каждом из которых располагается электрод.

Разумеется, это был простейший, в прямом смысле слова элементарный пример - любые MEMS в десятки и сотни раз сложнее. Но производятся они примерно так же: с помощью постепенного наращивания одного слоя за другим. Как и в микроэлектронике, устройства производятся не по отдельности, а достаточно крупными пластинами, которые в конце процесса разрезаются на отдельные чипы и упаковываются в пластиковые, керамические и так далее корпуса.


Рисунок 1.9. - Четырехдюймовая пластина MEMS
Достаточно сложно представить, что полученное столь непростым способом устройство может стоить пару-тройку десятков рублей. Однако это действительно так - спасибо отработанным производственным процессам и многомиллионным партиям готовых чипов[1] [8].

2. MEMS технологии в России
2.1 Обзор и перспективы технологии в России
За истекшие десять лет микросистемотехника преодолела путь от исследовательских лабораторий до широкого внедрения в повседневную практику. Согласно оценкам, мировой объем производства изделий МСТ увеличится с 46 млрд. долл. в 2008 году до 90 млрд. долл. в 2015-м (ежегодные темпы роста до 15%). Следует отметить, что наибольшую долю рынка - 32% - занимают изделия МСТ для систем обеспечения комплексной безопасности.

По состоянию на 2008 год потребность в изделиях МСТ для различных устройств и систем в России и странах СНГ оценивалась в 25 млрд. руб. К 2015 году прогнозируется увеличение этой потребности до 45 млрд. руб. (ежегодные темпы роста 10%). При этом по-прежнему будет преобладать спрос на изделия МСТ для систем комплексной безопасности (доля их составит до 70%).Известно, что электроника одна из самых динамично развивающихся отраслей промышленности, в которой каждые три-пять лет происходит переоснащение производства.

Развитие инновационного направления микросистемотехники неизбежно приведет к очередному технологическому переоснащению отрасли, которое потребует значительных ресурсов для решения следующих задач:


проектирования изделий МСТ на основе программных и аппаратных средств нового поколения;

создания наноструктурированных материалов;

производства изделий МСТ на основе технологического и метрологического оборудования нового поколения;

формирования и завоевания рынков сбыта систем на основе изделий МСТ.

Стратегия развития направления микросистемотехники реализуется в настоящее время за счет объединения ресурсов Федеральной целевой программы Минпромторга «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008-2015 годы» (ФЦП «ЭКБ и РЭ»), комплексных целевых программ Министерства обороны РФ, программы «Микросистемотехника» (МСТ) Союзного государства Российской Федерации и Республики Беларусь. Следует отметить, что в рамках выполнения ФЦП «ЭКБ и РЭ» в период 2008 - первая половина 2010 годов предприятиями радиоэлектронной отрасли страны достигнуты значительные успехи в создании следующих базовых технологий (БТ) и конструкций изделий МСТ и приборов на их основе:

микроэлектромеханических датчиков ускорения и давления, позволяющих реализовать широкий спектр приборов, в том числе для блоков ориентации малых космических аппаратов, УЗ-счетчиков газа;

микросистем анализа магнитных полей, позволяющих реализовать приборы для научных исследований, машиностроения и медицины;

формирования сверхпроводниковых структур туннельного типа для построения современных квантовых эталонов напряжения, приемо-преобразовательных систем субмиллиметрового диапазона длин волн и элементной базы квантовых компьютеров на основе Q-битовой логики;

матриц микрозеркал для модуляции оптического излучения;

микроэлектромеханических переключателей и коммутаторов для комплексной миниатюризации специальной аппаратуры;

полупроводниковых газовых сенсоров на основе композитных и мембранных структур, обеспечивающих создание газовых течеискателей и пороговых газоанализаторов, применяемых в промышленности и ЖКХ (уже освоены в производстве);

твердотельных гироскопов вибрационного типа на основе пьезоэффекта, позволяющих реализовать устройства управления подвижными объектами в экстремальных условиях;

микроакустоэлектромеханических датчиков давления жидких и газообразных сред широкого спектра применений;

параметрического ряда кантилеверов для прецизионных измерений современных атомно-силовых микроскопов.


Актуальная задача современного этапа - развертывание работ по созданию широкой номенклатуры изделий МСТ, приборов и систем на их основе применительно к требованиям конкретных групп потребителей и организация серийного производства продукции для удовлетворения платежеспособного спроса. С целью решения этой задачи, помимо базовых технологий, предприятиям необходимы эффективные системы автоматизированного проектирования (САПР), адаптированные к специфике конструкций изделий МСТ и технологии их производства. Кроме того, требуются комплекты специального технологического и метрологического оснащения и методики контроля параметров изделий МСТ в условиях серийного производства. Круг дополнительных проблем, ожидающих решения для широкого внедрения результатов научно-технических разработок базовых технологий и базовых конструкций изделий МСТ в повседневную практику, входит в научно-техническую программу «Микросистемотехника». Эта программа - логическое продолжение ряда Федеральных целевых программ Российской Федерации, а также результат анализа достижений и недостатков, выявленных в процессе выполнения конкретных разработок изделий МСТ, приборов и систем на их основе десятками предприятий России и Белоруссии. Программа предусматривает комплексный подход к решению следующих поставленных задач:

разработка базовых чувствительных элементов, приборов и систем на основе изделий МСТ;

создание ключевого технологического и метрологического оснащения;

формирование базы данных и специализированных подпрограмм САПР для автоматизированного проектирования конструкций и технологий устройств на основе изделий МСТ.

Программа ориентирована на учет реальных потребностей рынка конечной продукции.

Она предусматривает обеспечение глубокого технологического переоснащения производства продукции гражданского назначения, формирование технических и экономических условий для внедрения инновационных решений в производство специальной техники и использование потенциала частно-государственного партнерства, создание в качестве пилотного проекта интегрированной производственной структуры - Центра МСТ. Головные исполнители программы - ОАО «Авангард» (Санкт-Петербург) и ГНПО точного машиностроения «Планар» (Минск). Соисполнителями программы выступают ведущие предприятия радиоэлектроники РФ и Белоруссии (ФГУП НИИ ПС, НИТИ Электроприбор, ОАО «НИИ Элпа», ОАО «НИИФИ», ОАО «РНИИ Электронстандарт», ФГУП «НИИФП им. Ф.В.