Co to jest mikrofabrykacja?

Mikrofabrykacja i mikroobróbka to terminy opisujące technologie i procesy stosowane przy wytwarzaniu mikroskopijnych struktur lub urządzeń. Struktury te mogą wahać się od szerokości ludzkiego włosa do mniejszej niż pojedyncza komórka ludzka. Zdolność do budowy tak małych urządzeń przyczyniła się do postępu technologicznego w komputerach, elektronice użytkowej, technologii zielonej energii i wielu innych dziedzinach. Techniki mikrofabrykacji różnią się znacznie w zależności od budowanego urządzenia.

W dziedzinie mikrofabrykacji rozmiary mierzy się w mikrometrach. Mikrometr, często nazywany mikronem, to jedna tysięczna milimetra. W jednym calu znajduje się 25 400 mikronów. Nanotechnologia jest podobną dziedziną, ale zajmuje się jeszcze mniejszymi komponentami.

Zastosowanie części z mikrowłókien było pionierskie w branży półprzewodników. Wynalazki tranzystora i układu scalonego w latach 40. i 50. XX wieku doprowadziły do ​​trendu miniaturyzacji w elektronice. W miarę udoskonalania technik mikrofabrykacji budowano mniejsze i bardziej złożone układy scalone, umożliwiając tworzenie potężnych mikroczipów.

Coraz większa liczba branż polega na mikrowytwarzaniu. Małe urządzenia znane jako systemy mikroelektromechaniczne można znaleźć w wielu urządzeniach, w tym w smartfonach i samochodowych czujnikach poduszek powietrznych. Ogniwa paliwowe i panele słoneczne również wykorzystują części z mikrowłókien. Techniki i technologie mikrowytwarzania zostały wykorzystane w badaniach w dziedzinach od mikrobiologii po fizykę cząstek.

Techniki zastosowane w procesie mikrodrukcji zależą od branży i pożądanego rezultatu. Większość technik to podejścia odgórne, co oznacza, że ​​zaczynają się od większego komponentu, takiego jak wafel krzemowy, i usuwają się z niego, aż do utworzenia ostatecznej struktury. Przykłady technik odgórnych stosowanych na poziomie mikroskopowym obejmują cięcie, polerowanie i trawienie.

Produkcja oddolna w tej dziedzinie jest dziedziną w dużej mierze eksperymentalną. W podejściu oddolnym mniejsze elementy, takie jak atomy lub cząsteczki, są używane do stworzenia większego systemu lub urządzenia. Techniki oddolne są stosowane w aplikacjach mających na celu naśladowanie struktur lub funkcji biologicznych.

Wiele technik stosowanych w mikrowarstwach jest zapożyczonych z innych dyscyplin. Dziedziny fotografii, optyki i fizyki przyczyniły się do rozwoju mikrotechnologii. Niektóre tradycyjne techniki wytwarzania, takie jak formowanie wtryskowe, zostały zminiaturyzowane i zastosowane w mikrowytwarzaniu.

Niezależnie od zastosowanej techniki wytwarzanie na poziomie mikroskopowym stanowi wyjątkowe wyzwanie. Mały rozmiar oznacza, że ​​pojedynczy pył może sprawić, że urządzenie stanie się bezużyteczne. Laboratoria do mikrofabrykacji to pomieszczenia zaprojektowane do kontrolowania cząstek unoszących się w powietrzu, takich jak kurz i drobnoustroje. Pracownicy muszą nosić odzież ochronną w tych pokojach, aby zapobiec zanieczyszczeniu tworzonych mikroskopijnych części.