Moderní technologie v mechatronice

V tomto novém mladém inženýrském oboru jsou principy moderní technologie směrovány k určitým trendům – především k miniaturizaci, spolehlivosti a k vyšší funkčnosti. V rámci klasifikace strojů a zařízení, senzorů nebo mechanismů používáme podle jednotlivých rozměrů každého typu různé modifikace termínů pomocí vkládaných předpon, jako je např. MAKROSTROJ, MIKROSTROJ nebo NANOSTROJ. Mezi základní technologie mikrostrojů patří technologie mikroobrábění.
 
K nejběžnějším typům moderních technologií v mechatronice patří křemíkové technologie, tzv. „silicon proces“, LIGA technologie, LIRIE technologie, technologie obrábění paprskem, technologie obrábění a technologie vstřikovacího tvarování.
 
Křemíková technologie: Také se nazývá technologií integrovaných obvodů. Křemíková technologie kombinuje litografii a umožňuje hromadnou výrobu mechatronických produktů. Byla také používána na miniaturizaci mechanických částí tlakových senzorů a senzorů zrychlení. Základní procedura pro výrobu mikrostrojů a mikrozařízení spočívá v následujícím postupu:
  • Povrch křemíkového plátku je naoxidovaný vytvořením extrémně tenkého filmu SiO2.
  • Tenký oxidační film je pokrytý slabou vrstvou fotocitlivé živice.
  • Fotorezistor je exponován (vystaven UV záření) přes masku, která má žádanou formu.
  • Exponované části rezistoru jsou odebrány z křemíkového plátku pomocí procesu vyvolávání (v případě pozitivního rezistu).
  • Tenký film SiO2 v exponovaných částech, kde není rezist, je leptán na odkrytí křemíkové plochy.
  • Křemíkový nebo kovový tenký film je vytvořen na této ploše pomocí chemického napařovacího nanášení (Chemical Vapour Depositon – CVD)
 
LIGA technologie: Kombinuje rozšířenou litografii, elektrolytické pokovování a lisování. Také umožňuje výrobu částí nebo dílů s vysokým poměrem stran. Jedná se o tyto technologie: Lithographie, Galvanoformung a Abformung, což jsou technologie mikrostrojů. Liga technologie byla vyvinuta v Jaderném výzkumném centru Karlsruhe v Německu.
Proces této technologie spočívá v dopadu rovnoběžného rentgenového záření ze synchrotonu na vhodně upravenou šablonu s příslušným určitým vzorem. Šablona musí být upravena tím způsobem, aby na určitých plochách zabránila pronikání záření. Na otevřených plochách masky však záření prochází a exponuje ochrannou látku – PMMA rezist. Tento rezist je poté vyvolán a konečným výsledkem je tzv. PMMA forma, která se používá na výrobu kovových součástek pomocí elektrolytického pokovování ve vyvolávaných lokalitách.
Tento typ technologie dále umožňuje výrobu struktur s vertikálními rozměry od 100 mikrometrů až do milimetrů a s horizontálními rozměry v rozsahu několika mikrometrů. Jedná se o trojrozměrné struktury, definované dvojrozměrnou litografickou šablonou (maskou).
 
LIRIE technologie (Lithography and Reactive Ion Etching):  Jedná se o kombinaci litografie iontového reaktivního leptání. Tato technologie je založena na hloubkovém suchém leptání nebo na elektrochemickém mokrém leptání. Zároveň využívá odstraňování vrstev, které jsou kompatibilní s technologií integrovaných obvodů.  Pomocí LIRIE technologie lze vyrábět mikroakční členy a elektronické obvody na jednom čipu.
Výrobní fáze:
  1. Nepohyblivá osa nebo stator jsou leptány v monolitickém křemíkovém plátku.
  2. Pohyblivé části jsou připravovány z elektrochemicky leptané křemíkové membrány. Tloušťka této membrány je definována pomocí zastavení procesu elektrochemického leptání v určitém stupni. Po dokončení procesu je pohyblivá část vyňata a odebrána z křemíkové membrány a následně vložena do křemíkového plátku, který byl připraven v první fázi.
 
Technologie obrábění paprskem: V této technologii se jedná o obrábění pomocí laseru a elektronového nebo iontového paprsku. Jedná se tedy o metodu lokálního obrábění, kdy je plocha materiálu ozářena pomocí energetického paprsku světla, elektronů nebo iontů. Technologie obrábění paprskem představuje kombinaci elektrojiskrového obrábění a fotoformování.
Paprskové obrábění lze použít např. při výrobě otvorů, kdy je křemíkový plátek, umístěný v reaktivní plynné atmosféře, exponován laserovým paprskem na vynucení lokálního růstu křemíkových krystalů, které takto vytvoří mikrostrukturu.
V rámci této technologie se také často používá obrábění iontovým paprskem (Focused Ion Beam – FIB), kdy například velmi malá pímena na ploše diamantového vroubkovače jsou vyryta pomocí této FIB technologie.
 
Konvenční obrábění: Tato technologie je založena na mechanickém odebírání třísky ze základního materiálu a umožňuje tak výrobu většiny potřebných trojrozměrných strojů a zařízení.
 
Technologie vstřikovacího tvarování: Spočívá v tom, že tekutá živice nebo kovový prášek smíchaný s tekutou živicí je vstřikován do formy a ponechán ztvrdnutí. Technologie umožňuje výrobu trojrozměrných komponentů.