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1.6 Technologie de la couche sacrificielle

La technologie de la couche sacrificielle est également appelée technologie de la couche de séparation. La technologie de la couche sacrificielle consiste à former une micro-pièce sur un substrat de silicium par dépôt chimique en phase vapeur, à ajouter un matériau de couche de séparation dans le vide autour de la pièce, et enfin à retirer la couche de séparation par dissolution ou gravure pour séparer la micro-pièce du substrat.

1.7 L'épitaxie

La croissance épitaxiale est l'un des principaux moyens de micro-usinage, qui se caractérise par le fait que la croissance de la couche épitaxiale peut conserver la même direction cristallographique que le substrat, ce qui permet de réaliser une variété de distributions transversales et longitudinales du dopage et de traitements de gravure sur la couche épitaxiale afin de produire une variété de structures.

1.8 Technologies LIGA et quasi-LIGA

(1) Technologie LIGA

La technologie LIGA utilise les rayons X pour la lithographie et est capable de produire des micromachines aux formes complexes et aux rapports d'aspect élevés. Une large gamme de matériaux peut être traitée, tels que les métaux et leurs alliages, les céramiques, les plastiques, les polymères, etc. Une étape importante de la technologie LIGA est la production de masques de haute précision. L'étape la plus importante est l'utilisation d'une source de rayonnement synchrotron pour la lithographie. La source de rayonnement synchrotron générée par l'accélérateur électromagnétique, d'une longueur d'onde de 0,2 ~ 0,6 nm, peut produire une densité d'énergie élevée et un grand parallélisme des rayons.

Grâce à la capacité de pénétration profonde des rayons X, la lithographie par rayons X peut produire des micromachines d'une hauteur allant jusqu'à 1 mm et des dimensions périphériques de l'ordre du micromètre ou du sous-micromètre, ce qui ne peut être réalisé qu'en utilisant l'énergie élevée d'une source de rayonnement synchrotron.

La technologie LIGA à couche sacrificielle a été mise au point pour la fabrication de structures à bras en porte-à-faux. La technologie LIGA à couche sacrificielle est une méthode de micro-usinage importante pour la création de micro-actionneurs et de micro-capteurs, ainsi que pour la création de microstructures avec des bras en porte-à-faux et leur connexion à des circuits microélectroniques.

Les limites de la technique LIGA sont la nécessité d'une source de rayons X synchrotron, le temps de traitement long, la complexité du processus, le coût élevé et la difficulté de fabriquer des microstructures avec des surfaces incurvées.

(2) Technologie Quasi-LIGA

La technologie LIGA présente des avantages uniques, tels qu'une large gamme de matériaux traités et une grande précision, mais elle présente également certains inconvénients, comme indiqué ci-dessus. Afin de surmonter les inconvénients de la technologie LIG-

Les lacunes de la technologie du processus A, la recherche internationale de la technologie quasi-LIGA, telle que la technologie quasi-LIGA du silicium, la lithographie profonde à l'ultraviolet, la lithographie stéréoforme à l'ultraviolet, la technologie LIGA du laser.

Technologie quasi-LIGA pour le silicium. Au lieu de la photolithographie profonde par rayons X synchrotron, on utilise un processus de gravure profonde, suivi d'un microélectroformage et d'une gravure à l'acide.

Le processus de micro-reproduction ne nécessite pas de sources de lumière synchrotron coûteuses ou de plaques de masque LIGA spéciales. L'utilisation d'un équipement de gravure par plasma à couplage inductif (ICD : inductively coupled plasma) pour un rapport profondeur/largeur élevé de la gravure du plastique ou du silicium, à partir de la plaquette de silicium directement sur le micro-électroformage, pour obtenir les moules métalliques, et ensuite le processus de micro-réplication, vous pouvez réaliser la production de masse de dispositifs micromécaniques. L'utilisation de cette technologie permet non seulement de fabriquer des matériaux autres que le silicium avec un rapport profondeur/largeur élevé des microstructures, mais aussi d'assurer une meilleure compatibilité avec la technologie microélectronique. La technologie quasi-LIGA du silicium peut être traitée à une épaisseur de plusieurs centaines de microns, avec une perpendicularité des parois latérales de 90°±0,3° et une vitesse de gravure de plus de 20 μm/min. Le système se caractérise par l'utilisation du SF6 comme gaz de gravure principal, et ne nécessite aucun processus de post-traitement. Cette technologie de gravure à rapport profondeur/largeur élevé constitue un grand pas en avant dans l'application des processus micromécaniques au silicium et permet d'atteindre le rapport profondeur/largeur élevé des structures de moules qui ne pouvaient être fabriquées que par la technologie LIGA dans le passé.

(ii) Technologie laser LIGA. Le laser à excimères de 193 nm est utilisé pour ablater directement la résine photosensible PMMA par photolithographie afin de remplacer le processus de lithographie à rayons X. Comme le laser à excimère doit remplacer régulièrement le gaz de travail, la consommation de gaz est importante et nécessite une maintenance fréquente, ce qui affecte le processus de production. Les lasers à solide YAG peuvent être utilisés pour générer des lasers à ultraviolet lointain à quadruple fréquence grâce au second doublement de fréquence des cristaux KTP et BBO afin d'éviter les défauts des lasers à excimère mentionnés ci-dessus, et les lasers à solide YAG sont capables de fonctionner pendant une longue période, et la qualité de la photolithographie est plus stable et plus fiable.

1.9 Technologies de microfabrication spécialisées

(1) Micro EDM

Le principe de l'électroérosion microfine n'est pas fondamentalement différent de l'électroérosion ordinaire. La clé de la réalisation de l'électroérosion microfine réside dans la production d'un micro-axe (électrode d'outil), l'alimentation en micro-énergie de décharge, la micro-alimentation de l'électrode d'outil, la détection de l'état de l'usinage, le contrôle du système et la méthode du processus d'usinage, etc. La microélectrode elle-même étant extrêmement difficile, voire impossible à produire, l'utilisation des méthodes traditionnelles de traitement par électroérosion pour l'usinage de microcontours tridimensionnels n'est pas réaliste. Les gens ont donc commencé à explorer l'utilisation d'électrodes de forme simple, en s'inspirant de la méthode de fraisage CNC pour l'électroérosion de microcontours tridimensionnels. L'application de la technologie d'électroérosion microfine permet de traiter des arbres microfins d'un diamètre de 2,5 μm et des trous microfins d'un diamètre de 5 μm, et de produire des moules micro-automobiles d'une longueur de 0,5 mm, d'une largeur de 0,2 mm et d'une profondeur de 0,2 mm, ainsi que des modèles micro-automobiles à l'aide de ces moules. Un engrenage miniature d'un diamètre de 0,3 mm et d'un module de 0,1 mm peut être produit.

(2) Traitement microélectrolytique

L'usinage électrolytique est une technologie de fabrication qui utilise le principe de la dissolution électrochimique de l'anode métallique pour enlever les matériaux, et l'enlèvement des matériaux est effectué sous la forme d'une dissolution ionique, ce qui rend possible l'usinage électrolytique avec la microfabrication. La nécessité d'utiliser un grand espace de traitement est l'un des facteurs importants qui limitent la précision du traitement électrolytique. Si vous pouvez réduire de manière significative l'espace de traitement, la précision du traitement sera considérablement améliorée, et les possibilités d'utilisation de l'électrolyse pour la microfabrication seront également accrues. En réduisant la tension d'usinage et la concentration d'électrolyte, l'écart d'usinage a été contrôlé avec succès à moins de 10μm. En utilisant une micro-alimentation et une électrode métallique à microtube, une électrode de 0,2 mm de NiUn petit trou de 0,17 mm a été usiné dans la plaque.

En outre, l'usinage électrolytique est également utilisé pour la finition des pièces d'arbre microfines. Semblable à la méthode de rectification par électro-érosion à fil microfin, cette méthode utilise un fil mobile comme cathode, entre l'arbre anodique et le fil cathodique pulvérisant de l'électrolyte, de sorte que la surface de l'arbre produise une micro-corrosion électrochimique. Cette méthode a permis d'obtenir de bons résultats dans le polissage de petits arbres d'un diamètre de quelques dizaines de microns.

La gamme de tailles impliquées dans la microfabrication électrolytique est beaucoup plus large que les tailles minuscules réalisables avec la microfabrication du silicium et la technologie LIGA.

(3) Traitement par micro-ultrasons

Avec la large application des matériaux durs et cassants tels que le silicium cristallin, le verre optique, les céramiques techniques, etc. en micromécanique, la technologie de microfabrication tridimensionnelle de haute précision des matériaux durs et cassants est devenue un sujet de recherche important. Actuellement, les méthodes de traitement des matériaux durs et fragiles sont principalement la photolithographie, l'électroérosion, le traitement électrolytique, le traitement au laser et le traitement par ultrasons. Le traitement par ultrasons et l'électroérosion, le traitement électrolytique, le traitement par laser ne dépendent pas de la conductivité du matériau et n'ont pas d'effet thermophysique ; par rapport à la photolithographie, ils peuvent également être traités à partir de la structure tridimensionnelle du rapport profondeur/largeur élevé, ce qui détermine l'avantage de l'usinage par ultrasons des matériaux durs et fragiles non métalliques non métalliques tels que les céramiques, les semi-conducteurs, le silicium, etc.

Potentiel.

L'usinage micro-ultrasonique a les mêmes principes et caractéristiques que l'usinage ultrasonique conventionnel, à l'exception de la petite taille du processus. L'amplitude de l'usinage ultrasonique traditionnel étant généralement comprise entre 0,01 et 0,1 mm, et la déformation piézoélectrique ou magnétostrictive étant très faible (0,005 à 0,01 mm), il faut passer par une tige plus épaisse que le fond pour que l'amplitude de la tige fine soit élargie. Pour le traitement ultrasonique microfin, l'amplitude générée par la piézoélectricité ou la magnétostriction peut déjà répondre aux exigences du traitement microfin, et la tige de changement d'amplitude n'est donc pas nécessaire.

Grâce à la technologie de microfabrication par ultrasons, des micropores d'un diamètre minimum de 5 μm ont été usinés dans des céramiques techniques au moyen de la vibration de la pièce.

(4) Microfabrication

Contrairement au traitement conventionnel des spécialités, le formage au laser n'enlève pas de matière, mais en ajoute pour réaliser le processus de formage. En fonction du matériau à traiter et du mécanisme, le formage au laser peut être divisé en plusieurs types, tels que le formage par photopolymérisation, le formage par frittage sélectif au laser et le modelage des solides en couches.

Le moulage par photopolymérisation utilise une résine photosensible liquide comme matière première, et une source de lumière ultraviolette lointaine est focalisée et irradiée sur la surface de la résine liquide, et la polymérisation se produit dans la zone exposée, et les microstructures souhaitées peuvent être obtenues en sélectionnant et en contrôlant la zone de polymérisation et en empilant les couches à l'aide d'un ordinateur. Des microstructures de l'ordre de 10 μm à 1 mm peuvent être obtenues par moulage par photopolymérisation. Afin de résoudre le problème de la production de masse, des réseaux de fibres de précision peuvent être utilisés, et un grand nombre de microstructures peuvent être produites à la fois. Les facteurs affectant la précision du traitement par formage laser sont les suivants :

(i) la précision de la profondeur est limitée par l'épaisseur de la couche posée ; (ii) elle est affectée par des effets de taille (viscosité de la résine photosensible liquide, tension superficielle) ; (iii) l'effet de la déformation de la microstructure, etc.

en raison dePour éliminer ces effets, une nouvelle méthode de formage au laser a vu le jour.

À l'intérieur du bain de résine, un faisceau laser focalisé est balayé en trois dimensions et ce n'est que lorsque le seuil d'exposition est dépassé au point focal que la résine durcit, ce qui permet de créer des microstructures librement déplaçables. Les avantages de cette technique sont les suivants

①La profondeur et la précision périphérique sont déterminées par la taille du point de focalisation du laser, et la précision est supérieure à 1 μm dans l'espace tridimensionnel ; ②Aucune pièce de support ou masque n'est nécessaire ; ③Elimination des effets de la viscosité de la résine et de la tension superficielle, puisqu'il n'y a pas de pièces mobiles dans le bain de résine photosensible liquide.

(5) Électroformage de précision

Contrairement à la méthode de découpe des trous, l'électroformage nécessite d'abord la création d'un noyau pour le trou, puis le métal d'électroformage se développe autour de lui, et enfin le noyau est retiré ou dissous. Le traitement traditionnel par enlèvement ne peut pas être réalisé dans certaines occasions, comme les trous très fins et les exigences de rugosité de la surface interne de la pièce ou la section transversale de la forme spéciale de la pièce, peut être utilisé pour le traitement par électroformage.

La plupart des matériaux pour noyaux sont des alliages d'aluminium, qui se dissolvent dans une solution d'hydroxyde de sodium, tandis que le nickel n'est pas endommagé et peut être travaillé en toute confiance. Dans le cas d'âmes en aluminium particulièrement fines et difficiles à couper, l'âme peut être fabriquée en laiton, mais il est nécessaire d'utiliser un liquide approprié qui ne corrode pas la surface du nickel mais dissout rapidement le laiton.

Quelle que soit la forme du trou, sa précision dimensionnelle et sa rugosité de surface sont déterminées par la qualité du noyau. Par conséquent, quelle que soit la finesse du trou, tant que vous pouvez utiliser une méthode de traitement pour créer un noyau, vous pouvez utiliser la méthode d'électroformage du trou.