El micromecanizado de superficies construye microestructuras mediante la deposición y el grabado de capas estructurales sobre un sustrato . [1] Esto es diferente del micromecanizado masivo , en el que una oblea de sustrato de silicio se graba selectivamente para producir estructuras.
Generalmente, se usa polisilicio como una de las capas de sustrato, mientras que se usa dióxido de silicio como capa de sacrificio. La capa de sacrificio se elimina o se graba para crear cualquier vacío necesario en la dirección del espesor. Las capas añadidas tienden a variar en tamaño de 2 a 5 micrómetros. La principal ventaja de este proceso de mecanizado es la capacidad de construir componentes (funciones) electrónicos y mecánicos sobre el mismo sustrato. Los componentes micromecanizados de superficie son más pequeños en comparación con sus homólogos micromecanizados a granel.
Como las estructuras se construyen sobre el sustrato y no dentro de él, las propiedades del sustrato no son tan importantes como en el micromecanizado en masa. Las costosas obleas de silicio pueden sustituirse por sustratos más baratos, como el vidrio o el plástico . El tamaño de los sustratos puede ser mayor que el de una oblea de silicio, y el micromecanizado de superficies se utiliza para producir transistores de película delgada sobre sustratos de vidrio de gran superficie para pantallas planas. Esta tecnología también se puede utilizar para la fabricación de células solares de película delgada , que pueden depositarse sobre vidrio, sustratos de tereftalato de polietileno u otros materiales no rígidos.
El micromecanizado comienza con una oblea de silicio u otro sustrato sobre el que se cultivan nuevas capas. Estas capas se graban selectivamente mediante fotolitografía ; ya sea un grabado húmedo con un ácido o un grabado seco con un gas ionizado (o plasma ). El grabado en seco puede combinar el grabado químico con el grabado físico o el bombardeo de iones . El micromecanizado de superficies implica tantas capas como sean necesarias con una máscara diferente (que produce un patrón diferente) en cada capa. La fabricación de circuitos integrados modernos utiliza esta técnica y puede utilizar hasta 100 capas. El micromecanizado es una tecnología más joven y normalmente no utiliza más de 5 o 6 capas. El micromecanizado de superficies utiliza tecnología desarrollada (aunque a veces no suficiente para aplicaciones exigentes) que es fácilmente repetible para la producción en volumen.
Se utiliza una capa de sacrificio para construir componentes complicados, como piezas móviles. Por ejemplo, se puede construir un voladizo suspendido depositando y estructurando una capa de sacrificio, que luego se elimina selectivamente en los lugares donde las futuras vigas deben unirse al sustrato (es decir, los puntos de anclaje). Luego se deposita una capa estructural sobre el polímero y se estructura para definir las vigas. Finalmente, se retira la capa de sacrificio para liberar las vigas, mediante un proceso de grabado selectivo que no daña la capa estructural.
Son posibles muchas combinaciones de capas estructurales y de sacrificio. La combinación elegida depende del proceso. Por ejemplo, es importante que la capa estructural no resulte dañada por el proceso utilizado para eliminar la capa de sacrificio.
El micromecanizado de superficies se puede ver en acción en los siguientes productos MEMS (microelectromecánicos):