关于MEMS的技术简介

2020-05-12 14:18

图．6 MEMS加速度计的芯片（左）和封装形式（右）

MEMS技术的特有工艺

MEMS器件与IC芯片的制备工艺非常相似，但MEMS器件有两个重要特征：高深宽比的微结构和悬臂结构，因此需要一些特有的工艺来制备。

第一项特有工艺是用于制备高深宽比结构的LIGA技术，LIGA是X射线光刻技术的德语简称，于1982年由德国卡尔斯鲁厄核研究中心开发出来。LIGA技术的工艺步骤如图4．7所示，包括对基片上光刻胶的X射线光刻、光刻胶显影、在光刻胶结构上的金属电铸、从光刻胶结构中剥模、以结构材料充模（图4．7中的结构材料是聚合物）和脱模，从而制备出最终的微机械结构［7］。

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图．7 LIGA技术的工艺步骤

第二项特有工艺是制备悬臂结构表面微加工技术，该技术于1980年代由加州大学伯克利分校的研究人员开发出来。表面微加工技术的工艺步骤如图．8所示，第一步是对带有牺牲层的基片涂覆光刻胶并进行光刻，然后依次对光刻胶和牺牲层进行显影操作。第三步是沉积结构层的材料，然后在第四步，通过光刻将微结构的图形投影于结构层之上的光刻胶。第五步通过刻蚀工艺制备出结构层，然后通过化学腐蚀工艺释放结构层之下的牺牲层，得到最终的悬臂式微结构。

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图．8 表面微加工技术的工艺步骤

MEMS器件的驱动机制

MEMS是一种微电机系统，在制备微机械结构之后，需要以电子技术进行驱动。典型的驱动机制如图．9所示，包括静电引力、电磁力、电致伸缩和热电偶。

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图．9 MEMS器件的驱动机制

在图9（a）中，悬臂梁底部和基底上部均制备了电极，当两个电极加载偏压时，产生静电吸引，悬臂梁变形，从而实现电信号对机械动作的控制。在图9（b）中，悬臂梁底部和基底上部均制备了电磁线圈，当线圈中通电流时，产生电磁力使悬臂梁发生形变。电磁力可以是引力或者斥力，取决于所通电流的方向。在9（c）中，悬臂梁以磁致伸缩材料制备，当悬臂梁的两端加载电压时会产生伸缩效应。在9（d）中，悬臂梁为双层结构，两层以不同热膨胀系数的金属材料制备。当悬臂梁通电流时，因热电偶效应，将会弯向热膨胀系数较小的材料一侧。

在MEMS器件的所有驱动机制中，静电引力结构因制备简单、易于控制和低功耗，得到最广泛的应用。

关于亿源通

亿源通，是一家专注于光通信无源基础器件研发、制造、销售与服务于一体的无源光通信器件OEM／ODM厂商，主要生产和销售光纤连接类产品（光纤连接器、适配器、跳线），WDM波分复用器，PLC光分路器，MEMS光开关等核心光无源基础器件，广泛应用于光纤到户、4G／5G移动通信、互联网数据中心、国防通信等领域。