Placage LIGA/UV-LIGA | Microstructures métalliques Dispositifs à radiofréquence Capteurs inertiels Applications de microstructures pour la dissipation de chaleur

Microsystème, terme utilisé en Europe, Micro Electro Mechanical System (MEMS, terme utilisé aux États-Unis) et Micromachine, terme utilisé au Japon.Les MEMS, qui constituent l'un des cinq principaux éléments de la réalisation de microsystèmes intelligents, sont considérés comme une technologie des microsystèmes au sens étroit, c'est-à-dire une technologie de pointe globale pour la réalisation d'un ou de plusieurs types d'utilisations, faisant intervenir la microélectronique, Les dispositifs préparés par la technologie MEMS présentent des caractéristiques de miniaturisation, d'intégration, de stabilité élevée, de production de masse, etc., et ont un large éventail d'applications dans le domaine de l'information, de la biologie, de l'automobile, de l'armée et d'autres domaines, ce qui est d'une grande importance pour le pays afin de maintenir son leadership technologique.

Avec la demande croissante et la difficulté de traitement des microstructures métalliques dans la technologie MEMS, la galvanoplastie est devenue un processus indispensable pour la réalisation des dispositifs MEMS. Le processus de placage ne se limite plus à l'application d'une couche de protection de surface, mais est utilisé pour préparer des microstructures mécaniques métalliques spécifiques, des microstructures fonctionnelles, des microstructures d'interconnexion et des microstructures de dissipation thermique requises pour les MEMS par le placage de micro-zones, etc. La plus grande différence entre le processus de placage et le processus de placage traditionnel est qu'il doit souvent être accompagné d'étapes de processus auxiliaires basées sur les plaquettes, telles que la préparation de la couche d'ensemencement, la photolithographie, la gravure, le polissage, le découpage au laser, l'empilage multicouche et d'autres étapes de traitement, de sorte qu'il est non seulement nécessaire pour les dispositifs MEMS d'être traités, mais aussi d'être utilisé comme couche de protection pour les dispositifs MEMS. Avec le découpage au laser, l'empilage multicouche et d'autres étapes de traitement, la méthode de traitement est relativement plus complexe.

Processus LIGA/UV-LIGA

LIGA est l'acronyme allemand de "Lithographie, Electroformage et Moulage par Injection" et est la première technologie de traitement des MEMS basée sur des structures d'électroformage. Le processus LIGA consiste en des étapes de lithographie par rayonnement synchrotron, d'électroformage et de reproduction de moules dans un flux de processus étape par étape. La photolithographie nécessite l'application d'une résine photosensible épaisse sur un substrat conducteur, généralement du méthacrylate de méthyle (PMMA), qui a la propriété chimique de pouvoir être dissous par un révélateur après avoir été irradié par des rayons X. Pour fabriquer le film, on dépose du métal sur le substrat, puis on le recouvre d'une couche de résine photosensible. Afin de ne pas provoquer de déformation de la microstructure, le procédé de galvanoplastie LIGA exige que le métal déposé présente le moins de contraintes possible et n'adhère pas pour endommager la microstructure au cours du processus de moulage ; les matériaux de placage généralement disponibles sont l'or, le cuivre, le nickel et l'alliage de nickel, etc. Le modèle de microstructure métallique obtenu par galvanoplastie est appelé noyau, et le processus de réplication de film consiste à produire en masse des microdispositifs par le biais du noyau ; les principales méthodes de moulage comprennent le moulage par injection et l'impression de film à chaud. Grâce au parallélisme très élevé et à la forte intensité de rayonnement des rayons X, la technologie LIGA est capable de produire des structures tridimensionnelles avec un rapport profondeur/largeur de 500, des épaisseurs allant de centaines de micromètres à des millimètres, des parois latérales lisses et des écarts de parallélisme de l'ordre du sous-micron, ce qui est impossible avec d'autres technologies de microfabrication. En outre, l'utilisation de la technologie LIGA en combinaison avec l'enregistrement multi-masques, le mouvement linéaire des plaques de masques, les substrats inclinés et la lithographie inclinée sur la face arrière permet la fabrication de micro-composants tridimensionnels contenant des caractéristiques structurelles telles que des surfaces empilées, biseautées et incurvées.

La technologie LIGA nécessitant des sources lumineuses à rayons X extrêmement coûteuses et des masques complexes, les coûts de traitement sont très élevés, ce qui limite l'utilisation généralisée de cette technologie dans l'industrie. Il existe donc une catégorie d'applications de sources lumineuses lithographiques et de procédés de fabrication de masques peu coûteux, dont les performances de fabrication sont équivalentes à celles de la technologie LIGA, communément appelée technologie quasi-LIGA ou technologie similaire à la technologie LIGA. Parmi elles, la technologie UV-LIGA, qui utilise une source de lumière UV pour exposer la résine photosensible, est un processus relativement simple en termes de coût et d'étapes, et le processus le plus couramment utilisé consiste à utiliser un adhésif négatif SU-8 au lieu d'un adhésif positif PMMA comme adhésif photosensible.Il s'agit de l'un des processus de traitement des MEMS les plus couramment utilisés. Il s'agit de l'un des procédés d'usinage MEMS les plus couramment utilisés, avec une épaisseur de 0,5 mm ou plus, un rapport profondeur/largeur de 20:1 ou plus, des parois latérales abruptes et une surface plane.

microstructure du métal

Les microstructures métalliques peuvent être utilisées comme transmissions, structures de support, structures d'amortissement des vibrations, actionneurs, etc. La technologie UV-LIGA est principalement destinée aux microstructures métalliques présentant des exigences de rapport d'aspect relativement élevé et des structures simples, telles que les engrenages, les supports, les microtubes, etc. Le rapport d'aspect maximal de 190︰1 rapporté dans le processus UV-LIGA a été obtenu en utilisant le fluide d'adaptation de l'indice de réfraction de Cargille à l'université de Louisiane. Les plus grands rapports d'aspect connus dans le processus UV-LIGA ont été signalés comme étant supérieurs à 190:1, ce qui a été obtenu par l'Université de Louisiane grâce à la méthode de compensation de l'écart de lithographie SU-8 utilisant une solution d'adaptation de l'indice de réfraction de Cargille.

Capteurs inertiels

Les capteurs inertiels constituent une grande catégorie d'applications représentatives de la technologie MEMS. Les capteurs inertiels MEMS comprennent principalement les gyroscopes MEMS, les accéléromètres MEMS, les commutateurs inertiels et d'autres produits typiques ; les capteurs inertiels MEMS intégrés, à faible consommation d'énergie et à faible coût sont principalement destinés à répondre aux besoins de la consommation civile, à des performances élevées et à des environnements d'application spéciaux ; les capteurs MEMS sont principalement utilisés dans le domaine militaire. L'utilisation du processus corporel ou du processus de micro-usinage de surface pour fabriquer des capteurs inertiels nécessite souvent un équipement coûteux, en plus de l'équipement de photolithographie, le DRIE, le collage d'anode, le dépôt en phase gazeuse et d'autres équipements sont très couramment utilisés. Les capteurs inertiels MEMS réalisés avec la technologie de galvanoplastie comme structure principale utilisent principalement la lithographie UV et l'équipement d'électroformage, comme la technologie UV-LIGA qui peut être utilisée pour préparer les gyroscopes, les accéléromètres, les commutateurs inertiels, etc.

Dispositif RF

Le processus de galvanoplastie présente un avantage technique inhérent à la préparation des dispositifs RF MEMS, en particulier les dispositifs RF dont la structure principale est constituée de cuivre électrodéposé, d'or et d'autres métaux à haute conductivité.

Microstructure thermique

Les microsystèmes composés de dispositifs MEMS se caractérisent par une intégration, une micro-miniaturisation et une puissance élevées, mais en même temps, la structure a des exigences élevées en matière de performance thermique du système, en particulier avec l'application progressive de matériaux semi-conducteurs de troisième génération, tels que le GaN, qui a conduit à une augmentation drastique de la densité thermique du système et de la difficulté à dissiper la chaleur, ce qui se manifeste spécifiquement par un degré élevé de flux thermique de surface, une densité élevée de flux thermique de corps et un empilement thermique. La réduction de la température du dispositif lorsque le système fonctionne est un moyen efficace d'améliorer la durée de vie du dispositif. La technologie de galvanoplastie permet de déposer du cuivre métallique à haute conductivité thermique en tant que structure de corps de canal ou structure auxiliaire pour former une structure unique de dissipateur thermique miniature.

résumés

Le processus de galvanoplastie présente des avantages typiques que les autres technologies de micro-usinage n'ont pas. Premièrement, le processus de galvanoplastie est une méthode de traitement additif typique, capable d'adopter un mode additif similaire à l'empilement multicouche, et il est plus facile de former une structure de dispositif tridimensionnelle, ce qui constitue un bon moyen de préparer des microdispositifs métalliques complexes ; deuxièmement, le processus de galvanoplastie ne nécessite pas d'équipement coûteux pour l'environnement sous vide, en particulier pour l'application de dispositifs à base de cuivre et de nickel, et il s'agit d'une méthode de traitement par lots à faible coût qui présente un grand potentiel.

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