MEMS有哪些特點(diǎn)?體微機(jī)械MEMS加工技術(shù)你了解嗎?

MEMS在工業(yè)領(lǐng)域具有諸多應(yīng)用，原因在于MEMS具備很多優(yōu)良特點(diǎn)。比如，MEMS的特點(diǎn)包括微型化、批量生產(chǎn)、集成化。為增進(jìn)大家對(duì)MEMS的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)MEMS的這3個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并介紹MEMS制造技術(shù)中的體微機(jī)械加工技術(shù)予以介紹。如果你對(duì)MEMS技術(shù)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、MEMS特點(diǎn)

(一)微型化

MEMS器件體積小，重量輕，耗能低，慣性小，諧振頻率高，響應(yīng)時(shí)間短。MEMS系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，不僅體積縮小，而且在力學(xué)原理和運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，材料特性、加工、測(cè)量和控制等方面都將發(fā)生變化。在MEMS系統(tǒng)中，所有的幾何變形是如此之小(分子級(jí))，以至于結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之間的線性關(guān)系(虎克定律)已不存在。MEMS器件中摩擦表面的摩擦力主要是由于表面之間的分子相互作用力引起的，而不是由于載荷壓力引起。MEMS器件以硅為主要材料。硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)。密度類似于鋁，熱傳導(dǎo)率接近銅和鎢，因此MEMS器件機(jī)械電氣性能優(yōu)良。

(二)批量生產(chǎn)

MEMS采用類似集成電路(IC)的生產(chǎn)工藝和加工過(guò)程，用硅微加工工藝在一硅片上可同時(shí)制造成百上千個(gè)微型機(jī)電裝置或完整的MEMS。使MEMS有極高的自動(dòng)化程度，批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本;而且地球表層硅的含量為2%。幾乎取之不盡，因此MEMS產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)性方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。

(三)集成化

MEMS可以把不同功能、不同敏感方向或制動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或

執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列和微執(zhí)行器陣列。甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出高可靠性和穩(wěn)定性的微型機(jī)電系統(tǒng)。

二、MEMS制造技術(shù)——體微機(jī)械加工

在體微機(jī)械加工中，將襯底的大部分，即單晶硅，一種非常穩(wěn)定的機(jī)械材料，被特別地移除，形成三維的MEMS器件。一種用于體微機(jī)械加工的MEMS三維結(jié)構(gòu)示意圖

微器件的體微機(jī)械加工制造通常采用自上而下的制造技術(shù)，即在制備好的硅片上刻蝕，以制造出三維MEMS元件。它是一種減法工藝，使用濕各向異性腐蝕或干法蝕刻，如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，以創(chuàng)建大的坑，槽和通道。通常用于濕法蝕刻的材料包括硅和石英，而干法蝕刻通常用于硅、金屬、塑料和陶瓷。

·濕法蝕刻

在濕法蝕刻中，通過(guò)將材料(通常是硅片)浸入化學(xué)蝕刻劑的液浴中來(lái)去除材料。這些腐蝕劑可以是各向同性的(HNA—HF、HNO3和Ch3COOH的混合物)或各向異性(KOH)。各向異性腐蝕劑在優(yōu)選方向上腐蝕速度更快;蝕刻取決于襯底的晶體取向。

·干法蝕刻

在干法刻蝕中，高能離子在等離子體相內(nèi)加速，向待蝕刻的材料提供反應(yīng)所需的額外能量。MEMS最常見的形式是反應(yīng)離子刻蝕(RIE)，它利用射頻(RF)功率形式的附加能量來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。

·深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)

深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)是一種高深寬比的蝕刻方法，它包括高密度等離子體刻蝕(如RIE)和保護(hù)性聚合物沉積交替進(jìn)行，以獲得更大的縱橫比。

壓阻效應(yīng)是體積微機(jī)械傳感器(如壓力傳感器)中廣泛應(yīng)用的一種轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。在壓阻材料中，應(yīng)力的變化引起應(yīng)變和相應(yīng)的電阻變化。因此，當(dāng)注入的壓阻在隔膜的最大應(yīng)力點(diǎn)形成時(shí)(對(duì)于壓力傳感器)，施加壓力下的偏轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致電阻的變化。