تبلیغات
مهندسی مکانیک - ریز ساختارها (بخش اول)

ریز ساختارها (بخش اول)

نویسنده :Mohamad Marandi
تاریخ:چهارشنبه 30 تیر 1389-09:11 ق.ظ

Microfabrication یا  Micromanufacturing اصطلاحاتی هستند جهت توصیف تولید ساختارها و محصولات مینیاتوری در ابعاد میكرومتری. اولین بار  Micromanufacturing جهت تهیه نیمه هادی ها در مدارهای مجتمع (IC) استفاده شد. در آن موقع به آن Semiconductor Device Fabrication  گفته می شد.

امروزه در عرصه های مختلف فیزیك ، شیمی ، مواد شناسی، علوم كامپیوتر ، مهندسی فوق دقیق و طراحی تجهیزات استفاده از محصولات مینیاتوری تولیدی به روش Micromanufacturing مورد توجه و رقابت قرار گرفته است. امروزه اصلی ترین كاربردهای Micromanufacturing در تكنولوژی های لیزری ، لیتوگرافی مینیاتوری ، میكرو مكاترونیك (مكانیك+الكترونیك یا به عبارت ساده تر علوم مربوط به رباتیك) و ماشین آلات میكرونی است.

عناوین :

1-مقدمه و تاریخچه ای  بر MicroFabrication

2- MicroFabrication  چیست ؟

3- گروه بندی ریز ساختارها

4-كاربردهای صنعتی محصولات MST

5- مواد خام مصرفی در MST

6-  عمده ترین دلایل استفاده از سیلیكون در MST

7-گروه بندی فرآیندهای تولید MST

8-روش های Layering سیلیكون

9- معرفی LIGA

10-فرآیندهای LIGA

11- نحوه انجام فرآیند در LIGA

12- مزایا و معایب LIGA

13-سایر روشهای موجود در MST

14-آشنایی با IC

15-بررسی تفاوت های IC & MST

مقدمه :

Microfabrication یا  Micromanufacturing اصطلاحاتی هستند جهت توصیف تولید ساختارها و محصولات مینیاتوری در ابعاد میكرومتری. اولین بار  Micromanufacturing جهت تهیه نیمه هادی ها در مدارهای مجتمع (IC) استفاده شد. در آن موقع به آن Semiconductor Device Fabrication  گفته می شد.

امروزه در عرصه های مختلف فیزیك ، شیمی ، مواد شناسی، علوم كامپیوتر ، مهندسی فوق دقیق و طراحی تجهیزات استفاده از محصولات مینیاتوری تولیدی به روش Micromanufacturing مورد توجه و رقابت قرار گرفته است. امروزه اصلی ترین كاربردهای Micromanufacturing در تكنولوژی های لیزری ، لیتوگرافی مینیاتوری ، میكرو مكاترونیك (مكانیك+الكترونیك یا به عبارت ساده تر علوم مربوط به رباتیك) و ماشین آلات میكرونی است.

MicroFabrication چیست ؟

MicroFabrication  به لحاظ لغوی از دو قسمت Micro+Fabrication تشكیل شده است به و معنی ساختمان (ساختن،ساختار)+ریز می باشد

MicroFabrication یك گرایش مهم در مهندسی طراحی و ساخت محصولات است به  طوری كه قطعات از  نظر خصوصیات ابعادی در مقیاس 1 میكرون باشند  

در تصویر زیر یك چرخ دنده تولید شده با تكنولوژی  Microfabricationدر كنار یك تار موی انسان نشان داده شده است.

گروه بندی ریز ساختارها

1-سنسورها: وسایل و ابزاری هستند كه برخی كمیت های فیزیكی را دریافت نموده و آن را به صورت دیگری از حالت فیزیكی تبدیل  می نمایند. (به عنوان مثال جهت سنجش :حرارت، فشار، نیرو، موقعیت ،سرعت، شتاب، جریان  گرما ، نور ، خواص شیمیایی ، شرایط محیطی و موارد بیولوژیكی)

شكل زیر یك سنسور را در كنار یك مورچه ریز نشان می دهد

2-محرك ها و عملگرها: همانند سنسورها یكی از حالت های فیزیكی را گرفته و به یك حالت فیزیكی دیگری تبدیل می نمایند با این تفاوت كه در محرك ها حركت مكانیكی وجود دارد. (به عنوان مثال : موتورهای خطی و دورانی ، كلیدها ، شیرآلات ، موقعیت دهنده ها ، پمپ ها

شكل زیر یك ریز موتور را كنار یك مداد معمولی نمایش می دهد

 

3-قطعات و ساختار های ریز: به قطعاتی اطلاق می شود كه به خودی خود نه محرك هستند و نه سنسور بلكه اجزاء تشكیل دهنده محصولات دیگر خواهند بود مانند (چرخ دنده ، آینه  ،لنز ها و نازل ها)

4-میكرو سیستم ها و میكرو ابزارها : در واقع سیستم هایی هستند كه از تركیب تمام موارد فوق به انضمام مدارهای الكترونیكی تشكیل می شوند مانند(میكرولیزرها،آنالیزكنندگان نوری و شیمیائی و طیف سنج ها)

كاربردهای صنعتی ریز ساختارها

1-كارتریج پرینترهای جوهر افشان

2-هد خواندن و نوشتن روی نوار مغناطیسی

3-تكنولوژی های مربوط به CD , DVD

4-صنایع خودرویی

5-كاربردهای پزشكی

6-كاربردهای شیمیایی و محیطی

7-میكروسكوپ با پراب اسكن كننده

8-بیوتكنولوژی

9-مدارهای چاپی الكترونیكی

برخی از این كاربردها دارای زیر مجموعه ها و طیف هایی می باشند كه در ادامه معرفی می شوند.

كاربردهای صنعتی:

1-صنایع خودرویی:

1-1 سیستم های كنترل AIRBAG

2-1 سامانه  هدایت

3-1 حسگر های سطح روغن و سوخت

4-1 فشار سنج ها

1-4-1 بهینه ساز مصرف سوخت

2-4-1 فشار سنج روغن

3-4-1 كنترل فشار هیدرولیك سیستم تعلیق

4-4-1 سیستم های كنترل فشار صندلی

5-4-1 كنترل آب و هوا

6-4-1 فشار سنج باد لاستیك ها

7-4-1 فاصله سنج (سیستم هشدار) زمان پارك

8-4-1 دماسنج جهت كنترل دمای داخل اتاق

2- كاربردهای پزشكی

1-2آندوسكوپی

2-2آنژیوپلاستی

3-2جراحی تصویری از با استفاده از كنترل

4-2اندام مصنوعی (مددكار و كنترلر ضربان)

5-2تجهیزات كاشتی كنترل وضعیت عمومی بدن

6-2منتقل كنندگان دارو در بدن

7-2چشم های مصنوعی

3- كاربردهای شیمیایی و محیطی

1-3 تعیین كننده آلاینده های مضر

2-3 تعیین آنالیز مواد از نظر مواد تشكیل دهنده

مواد خام مصرفی در تولید ریز ساختارها

ماده اصلی و پایه ای در ریز ساختارها سیلیكون است. البته در برخی تجهیزات از سایر مواد نیز استفاده می شود.

در نگاه كلی

سیلیکونها گروه بسیار مفید و پرکار برای پلیمرها هستند. این مواد دارای خواص جالبی در دماهای بالا و پایین می‌باشند. در مقابل شرایط جوی مانند رطوبت و نور ، مقاومت خوبی دارند و تا دمای 260  تا 315 درجه سانتی‌گراد خاصیت لاستیکی خود را حفظ می‌کنند. از سیلیکونها درترکیب رنگها ، صنعت لاستیک و روغنهای صنعتی بطور گسترده استفاده می‌شود.

عمده ترین دلایل استفاده از سیلیكون

همانگونه كه ذكر شد سیلیكون خواص مطلوبی دارد كه اهم آنها به شرح زیر می باشد

1- قابلیت های مكانیكی مطلوب (مقاومت و الاستیسیته بالا)

2- سختی خوب

3-دانسیته و چگالی پائین

4-خواص الكترونیكی خوب

فرآیندهای تولید ریز ساختارها

فرآیند های تولید ریز ساختارها را در سه بخش بررسی خواهیم كرد.

1- فرآیندهای كار روی لایه های سیلیكون

2-فرآیندهای LIGA

3-سایر فرآیندهای انجام شده در مقیاس ریز

روش های كار روی لایه های سیلیكون

روش های لایه بندی سیلیكون

1-لیتوگرافی

2-اكسیداسیون حرارتی

3-برداشتن شیمیایی بخار

4-برداشتن فیزیكی بخار

5-آبكاری با استفاده از الكتریسیته

6-آبكاری بدون استفاده از الكتریسیته

7-نفوذ حرارتی

8-كاشت یون

9-براده برداری تر(با استفاده از حلال)

10-براده برداری خشك

مختصر توضیحاتی در مورد روشهای كار روی لایه های سیلیكونی

1-لیتوگرافی: یكی از روشهای چاپ طرح ها بر روی سیلیكون می باشد.در این فرآیند طرح مورد نظر  روی پوشش الگو جهت انتقال بر روی سیلیكون و یا مواد جامد دیگه تهیه می شود.

2-اكسیداسیون حرارتی :اكسیداسیون سطح سیلیكون برای ایجاد طرح

3-برداشتن شیمیایی بخار: شكل دهی و ترسیم طرح ها در یك لایه فرعی و انتقال به سطح لایه اصلی كه با استفاده از واكنش های شیمیایی یا تجزیه گازها مواد زائد از سطح كار حذف می شوند.

4-برداشتن فیزیكی بخار:یكی از روشهای برداشتن و حذف ماده می باشد كه در آن مواد به فاز بخار تبدیل شده و جذب لایه فرعی شده و از سطح قطعه اصلی برداشته می شوند.

5-آبكاری با استفاده از الكتریسیته: فرآیندی است الكترولیتی كه در آن یون های فلز داخل محلول جذب قطعه كار كاتد می شوند.

6-آبكاری بدون استفاده از الكتریسیته:رسوب دادن در یك محلول آبی كه دارای یونهای فلز پوشاننده است بدون جریان خارجی الكتریسته. در این فرآیند سطح كار به عنوان یك كاتلیست  (عامل فعل و انفعال شیمیایی) برای واكنش عمل می كند.

7-نفوذ و انتشار حرارتی :یك فرآیند فیزیكی است كه در آن اتمها از نواحی پر تراكم به نواحی كم تراكم منتقل می شوند.

8-كاشت یون: جادادن اتمهای یك یاچند عنصر در لایه با استفاده از اشعه های پر قدرت ذرات یونیزه

9-براده برداری تر(با استفاده از حلال): استفاده از خورنده شیمیایی در یك محلول آبی برای خوردن و حك كردن مواد مورد نظر. معمولا به همراه یك الگوی پوششی استفاده می شود.

10-براده برداری خشك: حكاكی به وسیله پلاسكای خشك كه با استفاده از یك گاز یونیزه مواد مورد نظر را از سطح كار حذف می كنند.




داغ کن - کلوب دات کام
نظرات() 
حمید
شنبه 1 دی 1397 09:16 ب.ظ
ممنون بسیار عالی
یو پی اس
چهارشنبه 25 بهمن 1396 03:22 ق.ظ
ممنون خیلی خوب بود
مبینا
جمعه 10 مرداد 1393 01:14 ب.ظ
مرسی
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر