Mikrotehnologija

Urezana (izrezbarena) pločica kristala silicijuma.

MEMS konzola rezonira unutar skenirajućeg elektronskog mikroskopa.

Mikrotehnika je skup područja koje se bave istraživanjem, razvojem i primenom delova, sklopova, uređaja i mašina reda veličine 1 μm (0,001 mm = 0,000 001 m). To se područje minijaturizacije tehničkih delova danas ubrzano razvija, napose u delovima: (i) mikroelektronici, (ii) mikromehanici, to jest izradi mikromašina i delova kao što su motori, crpke (pumpe), turbine, zupčanici, poluge, ležajevi, zglobovi, ventili i drugo, (iii) te u mikrooptici, to jest izradi optičkih delova i uređaja, uglavnom za prenos i obradu podataka uz pomoć svetlosnih signala.

Mikrotehnički sklopovi i sitemi neretko su kombinacija mikroelektroničkih, mikromehaničkih i mikrooptičkih delova visokointegrisanih u celinu, što mikrotehniku čini izrazito interdisciplinarnom. Mikrotehnički delovi, osim malih razmera, odlikuju se serijskom proizvodnjom velike tačnosti i preciznosti. Strukturno su i tehnološki najrazvijeniji mikroelektronski delovi, koji imaju i najdužu istoriju, te mikrooptički delovi, a današnja su nastojanja usmerena k razvoju postupaka izrade mikromehaničkih delova, njihove ugradnje (montaže) te ispitivanja kvaliteta. Daljnjom minijaturizacijom mikrotehničkih delova prelazi se u područje nanotehnologije.

Objašnjenje

Za izradu mikrotehničkih proizvoda razvijeno je i koristi se više postupaka. Za obradu odvajanjem čestica razvijeni su alatni strojevi koji se odlikuju submikrometarskom točnošću i preciznošću rada. Primjenjuju se postupci tokarenja, blanjanja, glodanja, bušenja, brušenja i erodiranja. Obradni strojevi opremljeni su posebnim mjernim sustavima, a alati se izrađuju od prirodnoga dijamanta, pri čem na primjer najmanja glodala mogu imati promjer vlasi kose. Tim se postupcima i obradnim sustavima mogu izrađivati obradci složenih, pa čak i slobodnih geometrijskih oblika, obično optički dijelovi, precizni ležajevi ili ispitna tijela. Za velikoserijsku proizvodnju proizvoda submikrometarskih izmjera posebno se pogodnim pokazao postupak LIGA, koji je spoj litografije, galvanskog oblikovanja i kalupljenja. Njime se mogu izrađivati dijelovi mikromotora i mikropogona, mikromehanizama, mikrooptičkih uređaja, optičkih osjetila i drugo. Veličina takvih izradaka iznosi od nekoliko mikrometara do nekoliko milimetara. Za izradu mikrodijelova koriste se i postupci mikroprešanja, posebice mikroinjekcijsko prešanje. Na primjer, pojedini dijelovi dobiveni tim postupkom imaju masu od samo 0,0008 grama, to jest 1 kilogram obuhvaća 1,25 milijuna dijelova. U mikromehanici se sklopovi izrađuju od više raznorodnih (heterogenih) dijelova, nerijetko izrađenih od različitih materijala (polimeri, keramički materijali, metali i slitine, staklo), pa se velika pozornost pridaje ugradnji (montaži) i postupcima spajanja: mikrolijepljenju, mikrolemljenju i laserskom zavarivanju.

Primena

Područja primjene mikrotehničkih proizvoda stalno se šire. Danas su ti proizvodi najbrojniji na području računalstva i telekomunikacija. Česta je i njihova primjena kao osjetnika (senzora) u industriji, vozilima, letjelicama i drugom. Tako se, na primjer, u automobile ugrađuju mikroosjetnici kao dio sustava za aktiviranje zračnih jastuka, ubrizgavanje goriva, regulaciju ovjesa, kočenje, za nadzor tlaka u pneumaticima, razine i kvalitete ulja za podmazivanje motora te kvalitete zraka u kabini. U medicinskoj tehnici mogućnosti primjene tek se istražuju, napose na području minimalno invazivne kirurgije, u liječenju krvožilnoga sustava i drugog. U kemijskoj i biokemijskoj tehnologiji razvija se primjena mikromiješalica, mikroizmjenjivača topline, mikrofiltracijskih i mikrodozirnih sustava te mikroreaktora, koji pokazuju prednosti zahvaljujući izrazito velikom omjeru ploštine i obujma dijelova, kratkih putova i vremena reakcije.

Mikro elektromehanički sistemi

Termin MEMS, for Micro Electro Mechanical Systems, was coined in the 1980s to describe new, sophisticated mechanical systems on a chip, such as micro electric motors, resonators, gears, and so on. Today, the term MEMS in practice is used to refer to any microscopic device with a mechanical function, which can be fabricated in a batch process (for example, an array of microscopic gears fabricated on a microchip would be considered a MEMS device but a tiny laser-machined stent or watch component would not). In Europe, the term MST for Micro System Technology is preferred, and in Japan MEMS are simply referred to as "micromachines". The distinctions in these terms are relatively minor and are often used interchangeably.

Though MEMS processes are generally classified into a number of categories – such as surface machining, bulk machining, LIGA, and EFAB – there are indeed thousands of different MEMS processes. Some produce fairly simple geometries, while others offer more complex 3-D geometries and more versatility. A company making accelerometers for airbags would need a completely different design and process to produce an accelerometer for inertial navigation. Changing from an accelerometer to another inertial device such as a gyroscope requires an even greater change in design and process, and most likely a completely different fabrication facility and engineering team.

MEMS technology has generated a tremendous amount of excitement, due to the vast range of important applications where MEMS can offer previously unattainable performance and reliability standards. In an age where everything must be smaller, faster, and cheaper, MEMS offers a compelling solution. MEMS have already had a profound impact on certain applications such as automotive sensors and inkjet printers. The emerging MEMS industry is already a multibillion-dollar market. It is expected to grow rapidly and become one of the major industries of the 21st century. Cahners In-Stat Group has projected sales of MEMS to reach $12B by 2005. The European NEXUS group projects even larger revenues, using a more inclusive definition of MEMS.

Microtechnology is often constructed using photolithography. Lightwaves are focused through a mask onto a surface. They solidify a chemical film. The soft, unexposed parts of the film are washed away. Then acid etches away the material not protected.

Microtechnology's most famous success is the integrated circuit. It has also been used to construct micromachinery.

Literatura

• Lenk, A.; Ballas, R.G.; Werthschützky, R.; Pfeifer, G. (2011). Electromechanical Systems in Microtechnology and Mechatronics. Electrical, Mechanical and Acoustic Networks, their Interactions and Applications. Springer. ISBN 978-3-642-10806-8. 
• Lee Wonhee; Tseng Peter; Di Carlo Dino, ур. (2017). Microtechnology for Cell Manipulation and Sorting. Springer. ISBN 978-3-319-44139-9. 
• Introduction to Microfabrication (2004) by S. Franssila. ISBN 0-470-85106-6
• Fundamentals of Microfabrication (2nd ed, 2002) by M. Madou. ISBN 0-8493-0826-7
• Micromachined Transducers Sourcebook by Gregory Kovacs (1998)
• Brodie & Murray: The Physics of Microfabrication (1982),
• D. Widmann, H. Mader, H. Friedrich: Technology of Integrated Circuits (2000),
• J. Plummer, M.Deal, P.Griffin: Silicon VLSI Technology (2000),
• G.S. May & S.S. Sze: Fundamentals of Semiconductor Processing (2003),
• P. van Zant: Microchip Fabrication (2000, 5th ed),
• R.C. Jaeger: Introduction to Microelectronic Fabrication (2001, 2nd ed),
• S. Wolf & R.N. Tauber: Silicon Processing for the VLSI Era, Vol 1: Process technology (1999, 2nd ed),
• S.A. Campbell: The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication (2001, 2nd ed)
• T. Hattori: Ultraclean Surface Processing of Silicon Wafers : Secrets of VLSI Manufacturing
• (2004) Geschke, Klank & Telleman, eds.: Microsystem Engineering of Lab-on-a-chip Devices, 1st ed, John Wiley & Sons. ISBN 3-527-30733-8.

Spoljašnje veze

• Institute for Micromachine and Microfabrication Research at Simon Fraser University