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核“芯”科技,创“芯”图强!
公司拥有芯片结构自主知识产权和独特的封装工艺
MEMS的相关技术
时间:2022-02-21 | 行业资讯

1、微系统设计技术 主要是微结构设计数据库、有限元和边界分析、CAD/CAM仿真和模拟技术、微系统建模等,还有微小型化的尺寸效应和微小型理论基础研究等课题,如:力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等。

2 微细加工技术 主要指高深度比多层微结构的硅表面加工和体加工技术,利用X 射线光刻、电铸的LIGA 和利用紫外线的准LIGA 加工技术;微结构特种精密加工技术包括微火花加工、能束加工、立体光刻成形加工;特殊材料特别是功能材料微结构的加工技术;多种加工方法的结合;微系统的集成技术;微细加工新工艺探索等。

3 微型机械组装和封装技术 主要指粘接材料的粘接、硅玻璃静电封接、硅硅键合技术和自对准组装技术,具有三维可动部件的封装技术、真空封装技术等新封装技术。

4 微系统的表征和测试技术 主要有结构材料特性测试技术,微小力学、电学等物理量的测量技术,微型器件和微型系统性能的表征和测试技术,微型系统动态特性测试技术,微型器件和微型系统可靠性的测量与评价技术。

目前,常用的制作MEMS 器件的技术主要有三种。

第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段,即利用大机器制造小机器,再利用小机器制造微机器的方法。

第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工,形成硅基MEMS 器件。

第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻、电铸和塑铸)技术,它是利用X 射线光刻技术,通过电铸成型和塑铸形成深层微结构的方法。

上述第二种方法与传统IC 工艺兼容,可以实现微机械和微电子的系统集成,而且适合于批量生产,已经成为目前MEMS 的主流技术。LIGA 技术可用来加工各种金属、塑料和陶瓷等材料,并可用来制做深宽比大的精细结构(加工深度可以达到几百微米),因此也是一种比较重要的MEMS 加工技术。LIGA 技术自八十年代中期由德国开发出来以后得到了迅速发展,人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。第一种加工方法可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置,如微型机器人、微型手术台等。下面主要介绍 LIGA 和硅MEMS 技术。

LIGA 技术 :LIGA 技术是将深度X 射线光刻、微电铸成型和塑料铸模等技术相结合的一种综合性加工技术,它是进行非硅材料三维立体微细加工的首选工艺。 LIGA 技术制作各种微图形的过程主要由两步关键工艺组成,即首先利用同步辐射X 射线光刻技术光刻出所要求的图形,然后利用电铸方法制作出与光刻胶图形相反的金属模具,再利用微塑铸制备微结构。

LIGA 技术为MEMS 技术提供了一种新的加工手段。利用LIGA 技术可以制造出由各种金属、塑料和陶瓷零件组成的三维微机电系统,而用它制造的器件结构具有深宽比大、结构精细、侧壁陡峭、表面光滑等特点,这些都是其它微加工工艺很难达到的。

硅基MEMS 技术:以硅为基础的微机械加工工艺也分为多种,传统上往往将其归纳为两大类,即体硅加工工艺和表面硅加工工艺。前者一般是对体硅进行三维加工,以衬底单晶硅片作为机械结构;后者则利用与普通集成电路工艺相似的平面加工手段,以硅(单晶或多晶)薄膜作为机械结构。

在以硅为基础的MEMS 加工技术中,最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异性腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。各向异性腐蚀技术是体硅微机械加工的关键技术。湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。常用的进行硅各向异性腐蚀的腐蚀液主要有EPW 和KOH 等,EPW 和KOH 对浓硼掺杂硅的腐蚀速率很慢,因此可以利用各向异性腐蚀和浓度选择腐蚀的特点将硅片加工成所需要的微机械结构。利用化学腐蚀得到的微机械结构的厚度可以达到整个硅片的厚度,具有较高的机械灵敏度,但该方法与集成电路工艺不兼容,难以与集成电路进行集成,且存在难以准确控制横向尺寸精度及器件尺寸较大等缺点。为了克服湿法化学腐蚀的缺点,采用干法等离子体刻蚀技术已经成为微机械加工技术的主流

随着集成电路工艺的发展,干法刻蚀深宽比大的硅槽已不再是难题。例如采用感应耦合等离子体、高密度等离子体刻蚀设备等都可以得到比较理想的深宽比大的硅槽。 键合技术是指不利用任何粘合剂,只是通过化学键和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密地结合起来的方法。键合技术虽然不是微机械结构加工的直接手段,却在微机械加工中有着重要的地位。它往往与其他手段结合使用,既可以对微结构进行支撑和保护,又可以实现机械结构之间或机械结构与集成电路之间的电学连接。

在MEMS 工艺中,最常用的是硅/硅直接键合和硅/玻璃静电键合技术,最近又发展了多种新的键合技术,如硅化物键合、有机物键合等。 表面牺牲层技术是表面微机械技术的主要工艺,其基本思路为:首先在衬底上淀积牺牲层材料,并利用光刻、刻蚀形成一定的图形,然后淀积作为机械结构的材料并光刻出所需要的图形,最后再将支撑结构层的牺牲层材料腐蚀掉,这样就形成了悬浮的可动的微机械结构部件。常用的结构材料有多晶硅、单晶硅、氮化硅、氧化硅和金属等,常用的牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻胶等。

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