ציפוי פארילן למערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות MEMS
ציפוי פארילן למערכות
מיקרו-אלקטרו-מכניות MEMS
מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) מורכבות מטכנולוגיות בהן גודל הרכיבים התפעוליים נע בין 1-100 מיקרומטר. המיקרוניזציה של ההתקנים והמסגרות ב- MEMS (האלמנטים המכניים והאלקטרו-מכאניים שלהם) הינה תוצאה של התפתחויות בטכנולוגיות ייצור מוליכים למחצה ששימשו במקור לאלקטרוניקה ועברו שינוי מתאים.
מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS)
המאפיין הבסיסי של MEMS הוא פונקציונליות מכנית, ללא קשר ליכולת הרכיבים לנוע פיזית בתוך מעטפת המוצר בו הם מותקנים. עם זאת, הגדרה זו עלולה להטעות. למרות שבחלק מהתקני MEMS אין חלקים נעים, רבים מהתקנים אלו הם מערכות אלקטרו-מכניות מורכבות, עם מספר אלמנטים נעים המנוהלים על ידי מיקרו-אלקטרוניקה משולבת. שילוב הפונקציות של מיקרו-אלקטרוניקה, מיקרו-אקטואטורים ומיקרו-חיישנים עם טכנולוגיות נלוות, על גבי שבב אחד, צפוי להיות אחד מפריצות הדרך הטכנולוגיות העתידיות המשמעותיות ביותר.
ציפוי מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS)
מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) משמשות לעיתים קרובות במיקומים בהם קיימים מתח ופעילות פונקציונלית גבוהים. תנאי הסביבה יכולים להכתיב שימוש בהגנה מפני חשיפה לטמפרטורה קיצונית, נוזלים שוחקים או נסיבות דומות שעלולות ליצור ירידה בתפקוד או תקלות. רכיבים מיקרונים עלולים לעתים קרובות להינזק מחיכוך שמפריע למשטחים נייחים המופעלים במהלך הפעולה.
בתנאים אלו, יש צורך בהגנה על רכיבים אלה על ידי יישום שכבת ציפוי דקה במיוחד על המשטחים במהלך יצור MEMS. בהתאם לרכיב ה-MEMS והשימוש בו, יש צורך ששכבות ציפוי אלו יהיו דקות עד חמישה ננומטר כדי למזער את החיכוך ביעילות, תוך מתן בידוד ואבטחת הפונקציונליות של רכיבים באופן אחר. ציפויים שעוביים עולה על 100 מיקרומטרים מפריעים לביצועי הרכיבים, והופכים אותם לא יעילים למטרות MEMS.
תהליכי ציפוי חד-שכבתי קונבנציונלי בעל פאזה נוזלית, כגון ריסוס וטבילה, הוכחו כפחות שימושים למטרות MEMS. תהליכי שיקוע אדים יעילים יותר עבור MEMS מכיוון שהם מבטלים לחלוטין את הצורך בשימוש בשיטות שיקוע רטובות הנחוצות בשימוש בחומרי ציפוי כגון אפוקסי, סיליקון או פוליאוריתן. לפיכך, לחומרים קונפורמיים רבים המיושמים בשיטות אלו – אקריליק, אפוקסי, סיליקון, פוליאוריתן – יש פחות יישומים עבור MEMS, אלא אם כן ניתן להתאים אותם לטכניקות אנטי-חיכוך בפאזת אדים, שהן עדיפות.
תהליכי שיקוע מכנים עבור MEMS כוללים:
שיקוע אדים פיזי (PVD): מתאים לשיקוע מתכת, ציפויי PVD כגון פחמן דמוי יהלום (DLC) מייצר רמות נמוכות של חיכוך וקשיות מיקרו גבוהה. עם זאת, איכות השכבה נחותה מאשר בשיקוע אדים כימי (CVD), עם יכולת היצמדות נמוכה יותר למשטח, התנגדות גבוהה יותר, ואפשרות ליותר פגמים וליקויים לאורך המשטח. השימוש מיועד ליישום מוגבל ומיוחד. יציקה: חומרי ציפוי מומסים בממס ומיושמים על המשטח בצורה נוזלית בהתזה או בסיבוב. שכבה דקה של חומר ציפוי – פוטורזיסטים אורגניים, פוליאמיד, אפוקסי – נשארת על המצע בעקבות אידוי הממס, בעובי עשרות מיקרומטרים. היישום מוגבל לפולימרים, מתכת וזכוכית.
תהליכי שיקוע כימיים עבור MEMS כוללים:
חמצון תרמי: טכנולוגיית שיקוע בסיסית זו יעילה רק עבור חומרים שניתן לחמצן. רמות טמפרטורה של 800°C -1100°C מאיצות את תהליך הציפוי. דיפוזיה של חמצן לתוך פני השטח יכולה ליצור סיליקון דיאוקסיד על משטח סיליקון; חדירה לפני השטח משפרת את הבידוד החשמלי. למרבה הצער, ציפויים בעובי גדול יותר מ-100~ ננומטר יכולים ליצור שכבות ציפוי נוספות המגבילות את השימוש ביישומי MEMS.
שיקוע חשמלי: מוגבל לחומרים מוליכי חשמל, משטחים עשויים להידרש לציפוי מוליך חשמלי לפני שניתן יהיה לבצע שיקוע. במקרים אלה, שיקוע חשמלי מייצר ציפויים קונפורמיים אמינים למתכות כגון נחושת, זהב וניקל, בעוביים של ~1 מיקרומטר עד µm 100. עם זאת, קשה לשלוט בעובי ובאחידות שכבת הציפוי; יישום זה מוצע באופן מוגבל.
שיקוע אדים כימי (CVD): טכנולוגיית הציפוי האמינה ביותר עבור MEMS, כאשר טמפרטורות גבוהות יותר בתהליך ה- CVD מניבות שכבת ציפוי באיכות טובה יותר, עם פחות פגמים. פארילן בולט מבחינה זו. הציפויים הקונפורמיים בתהליך שיקוע אדים כימי יעילים בעוביים דקים עד 0.1 מיקרון, כך שהם מתאימים בצורה יוצאת מהכלל לשימוש ב- MEMS. תכונות מועילות נוספות של שיקוע אדים כימי (CVD) של פארילן כוללות:
- כיסויי אחיד נטול חרירים עבור מגוון יוצא דופן של חומרי מצע.
- מחסום הגנה הומוגני ומהימן מפני חומצות, נוזלי גוף, כימיקלים, מלחים, ממיסים, אדי מים ותמיסות קאוסטיות אחרות שהם תוצרים של פעולת הרכיב.
- יציבות תרמית בטמפרטורות שבין-200 °C עד 350°C +.
- בידוד חשמלי.
- מתח גבוהה
- יציבות דיאלקטרית מינימלית.
- הגנה מתאורה אולטרה סגולה.
- התאמה למגוון רחב של תנאי ציפוי מורכבים, החל ממשטחים פנימיים חשופים ועד משטחים עם חריצים, נקודות או קצוות חדים.
תהליכי שיקוע אדים כימי (CVD) של פארילן מבטיחים בצורה הטובה ביותר עוביי ציפוי מדויקים עבור MEMS, בהם אפילו מיקרומטר נוסף של ציפוי יכול ליצור תפקוד לקוי או כשל ברכיבים.