三大核心工艺助力MEMS行业升级

2024-06-11 11:43:36 admin 412

随着智能设备、医疗诊断及航空航天领域的快速发展,微机电系统(MEMS)技术成为推动精密制造的核心力量。本文深度解析当前主流的三大 MEMS 加工工艺 —— 体硅微加工、表面微加工及 LIGA 技术,探讨其技术原理与应用前景。

一、体硅微加工:从 “硅基” 到三维结构的革新


体硅微加工技术通过直接对硅衬底进行蚀刻,利用单晶硅各向异性腐蚀特性构建三维结构。例如,采用 KOH 溶液湿法蚀刻时,<100> 晶向的腐蚀速率可达 < 111 > 晶向的 400 倍,从而形成独特的 “V 型槽” 结构。
技术亮点


  • 高深宽比(深度 / 宽度)可达 100:1

  • 典型应用:压力传感器、微加速度计
    最新动态:哈佛大学团队近期开发出新型电化学蚀刻工艺,将加工精度提升至纳米级,为微流体芯片制造开辟新路径。

二、表面微加工:兼容 IC 技术的 “平面革命”


表面微加工通过逐层淀积与光刻工艺,在硅片表面构建微结构。其核心技术 ——牺牲层释放法,可通过氢氟酸选择性蚀刻二氧化硅层,释放多晶硅悬臂梁等可动部件。
技术优势


  • 与 CMOS 工艺高度兼容

  • 结构层厚度灵活(0.1μm-10μm)
    产业案例:德州仪器(TI)的数字微镜器件(DMD)即采用该技术,实现百万级微镜阵列的高密度集成。

三、LIGA 技术:跨材料领域的 “精密制造神器”


LIGA 技术(X 射线光刻 - 电铸 - 注塑)凭借同步辐射 X 射线的高穿透性,可制造毫米级高度、深宽比超 200:1 的复杂结构。其独特优势在于:


  • 支持金属、陶瓷等非硅材料

  • 重复性精度达 ±1μm
    创新应用:德国弗劳恩霍夫研究所利用 LIGA 技术制备的微型齿轮组,已成功应用于植入式药物泵。


行业展望
据 Yole Development 数据,2025 年全球 MEMS 市场规模预计突破 200 亿美元。随着 5G 通信、人工智能与生物医学的融合,MEMS 器件正从单一传感器向多功能集成模块演进。专家指出,混合加工技术(如体硅 + 表面微加工结合)将成为未来趋势,进一步拓展微纳制造的应用边界。


结尾
从消费电子到航空航天,MEMS 加工技术的每一次突破都在重塑精密制造的可能性。通过持续创新工艺与跨学科协作,这一领域或将催生更多 “看不见的黑科技”,为全球产业升级注入新动能。