Conception et élaboration de microstructures en technologie hybride couche épaisse pour des applications MEMSReportar como inadecuado




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1 IMS - Laboratoire de l-intégration, du matériau au système

Abstract : partially released from the substrate where they are deposited. A new process, combining screenprinting technology and sacrificial layer principle, has been developed in our laboratory for the fabrication of free-standing thick-films. In order to fulfil the mechanical requirements of the structural layers during the deposition and the firing of released gold layers, an epoxy-strontium carbonate composition has been chosen as a sacrificial layer. The latter is then dissolved in an acidic solution at the end of the process. For the first time, this new process has been used for the fabrication of copper and silver electrothermal actuators. Screen-printed on an alumina substrate, these Microsystems consist of two linked beams of different widths partially suspended above the substrate where they are anchored. SEM and Castaing microprobe analyses have demonstrated the harmlessness of the process with regard to the metallic layer. The deflection and the temperature profile of the actuators have been measured respectively by optical microscopy and infrared thermography. The good correlations between these results and those obtained with analytical and finite element simulations demonstrate the feasibility of actuators with this new process. Other developments of the thick sacrificial layer process include the fabrication of silver-platinum heating resistors, glass and metallic microchannels and free-standing piezoelectric components. These preliminary results demonstrate the efficiency of this simple, collective and low cost process for implementation of devices of 1µm < thickness < 500µm, surface > 100µm×100µm. Complementary to silicon, LTCC or Ink jet technologies, it is clear that this original method opens new routes of investigations for MEMS.

Résumé : Cette étude porte sur la réalisation de dispositifs utilisant des microstructures ou des actionneurs à base de couches épaisses partiellement désolidarisées dont le mouvement peut être découplé de celui du substrat sur lequel ils sont fabriqués. Un nouveau procédé basé sur l-association de la technique de sérigraphie standard avec la méthode de la couche sacrificielle a été mis au point spécialement au laboratoire pour la fabrication de couches libérées. Afin de répondre aux exigences de tenue mécanique lors du dépôt puis de la cuisson de couches suspendues d-or, la composition époxy-carbonate de strontium s-est révélée être le meilleur choix pour la couche sacrificielle. Cette dernière est ensuite éliminée en solution acide à la fin du procédé. Pour la première fois, des actionneurs thermiques en cuivre et en argent ont été fabriqués à l-aide du procédé de la couche sacrificielle. Des analyses par microscopie électronique à balayage et par microsonde de Castaing des bras de l-actionneur en cuivre ont pu montrer l-absence d-interaction chimique avec la couche sacrificielle lors de la cuisson. Le déplacement latéral et la température au sein des actionneurs en cuivre ont été mesurés respectivement par microscopie optique et par thermographie infrarouge en fonction de la tension appliquée. La bonne corrélation entre ces résultats et ceux de simulations analytiques et par éléments finis démontre la faisabilité d-actionneurs à l-aide de ce nouveau procédé. Ce dernier a également permis d-élaborer des résistances chauffantes suspendues, des microcanaux et des composants piézoélectriques libérés du substrat. Ces premiers résultats ont démontré l-efficacité du procédé de fabrication collectif, simple et à bas coût, pour la réalisation de dispositifs présentant des dimensions géométriques 1µm < épaisseur < 500µm, surface > 100µm×100µm. Cette méthode originale ouvre donc de nouvelles voies de recherches dans le domaine des MEMS, complémentaires aux technologies silicium, co-cuits basse température, jet d-encre, etc.

Mots-clés : Microfabrication couches épaisses sérigraphie couche sacrificielle MEMS actionneur thermique résistances chauffantes microcanaux piézoélectriques





Autor: Patrick Ginet -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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