Embed Size (px)
Citation preview
20/09/2005 # 1 www.acreo.se
Introduktion till mikrosystemteknik-
vad kan man göra?
Christian VieiderAcreo
20/09/2005 # 2 www.acreo.se
Innehåll
Acreo3 exempel på MEMS produkter
– trycksensor – biokemilab– OH Projektor
MEMS teknologinekonomi och marknadslutsatser
20/09/2005 # 3 www.acreo.se
Acreo - R&D in electronics & optics
20/09/2005 # 4 www.acreo.se
Acreo - Industrial Research Center
Converts research results into industrially viable products and processes
Fina
ncia
l ris
k
20%
60%
20%
U&H
Research Development Production
Market
20/09/2005 # 5 www.acreo.se
Acreo data
Hudiksvall• Optical fiber lab
Jönköping• High temp. electronics
Norrköping• Conductive polymers lab• IC system design
150 employees2600 m2 CR lab1300 m2 other labISO 9001
Departments:
Industrial Nano- & Microtechnology
QWIP technology
Photonics
Interconnect & Packaging
System Integration
Business Services
Ownership:60% Industry40% Governement
Kista Electrum• Semiconductor lab• Photonics labs
20/09/2005 # 6 www.acreo.se
Industrial Nano- & MicrotechnologyApplications & Market
Sensors
Electronics Opto-
electronics
Processing &Measurement
Laboratory
Medical Biotech
Paper
Vehicles
Security
Defence TelecomElectronics
20/09/2005 # 7 www.acreo.se
Electrum Laboratory
Semiconductor Processing Laboratory– Shared lab with KTH for R&D
– Separate Acreo production area
Focus on component processing– QWIP - SiC - MEMS - MOS - Laser
Professional service team
Processes– Epitaxy: GaAs, GaN, InP, Si, SiC, SiGe– I-line sub-µ stepper, MABA aligner, DWL– Deep etching: ICP III/V, Si and SiO2
– Thin film deposition: LPCVD & IDP (Si, SiGe)– Dielectrics: silicon nitride and oxide (LPCVD,
PECVD)– Metallization
20/09/2005 # 8 www.acreo.se
Electrum Laboratory
1300 m2 clean room area– Class 100 - 10 000 (particles/ft3)
500 m2 non-clean room labs
Focus on component processing– QWIP - SiC - MEMS - MOS - Laser
Professional service team
20/09/2005 # 9 www.acreo.se
ThermaCAM™ SC3000
Infrared image of a PC Card
From Research to Product - IR imaging
QWIP - (Quantum Well Infrared Photodetector)
A Sensor for Thermal Infrared ImagingProperties
– 320x240 pixels, 640x480 pixels– Pitch size: 38 or 25 µm– Chip size: 14x11 or 18x14 mm – Temperature resolution < 0.03 Kelvin
Development at Acreo (IM/IMC)Chips now produced by Acreo for FLIR Systems AB, Danderyd
Si Read Out Chip
CMOS read out chip
GaAs QWIP chipFlip-chip bump
20/09/2005 # 10 www.acreo.se
Blodtrycksensor
20/09/2005 # 11 www.acreo.se
Vem skall behandlas?
Kliniska problemet!
20/09/2005 # 12 www.acreo.se
Mätning ger svaret!
Pd/Pa =0.85Ballong utvidgning? Nej
Pd/Pa =0.63Ballong utvidgning? Ja
20/09/2005 # 13 www.acreo.se
110 mmHg
RUN CAL REF MODE
Interface electronics
Flexible coil
1.8 m long, 0.36 mm OD guide-wire
Platinum tip
Disconnectable contact
Standard contact
Pressure sensor chip
Top-area: 0.1x1.3 mmThickness: 0.1 mm
Sensor kateter
20/09/2005 # 14 www.acreo.se
Mikromekaniskt membran
20/09/2005 # 15 www.acreo.se
Laboratoriet på en CD
20/09/2005 # 16 www.acreo.se
Fiktiv tyngdkraft
20/09/2005 # 17 www.acreo.se
Mikroreplikering
Plastic Replication
20/09/2005 # 18 www.acreo.se
Mekanisk projektor
20/09/2005 # 19 www.acreo.se
DMD (Digital Micromirror Device)DLP (Digital Light Processor)
20/09/2005 # 20 www.acreo.se
Varför mikro?
trycksensor – storlek - plats i blodkärlen
biokemilab– storlek - reducera reagensåtgången– integrera - produktivitet
OH projektor– prestanda - kontrast– storlek - kompakt system
20/09/2005 # 21 www.acreo.se
Teknologin
20/09/2005 # 22 www.acreo.se
Kärt barn har många namn!
MEMS, MOEMS
mikromekanik, MST, microengineering micromachining/
micromachines
MEMS - MicroElectroMechanical SystemsMOEMS - MicroOptoElectroMechanical SystemsMST – MikroSystemTeknik, MikroStrukturTeknik
nano….
20/09/2005 # 23 www.acreo.se
Tillverkningsteknik från IC
tunnfilms deponeringfotolitografietsning
kvasi-3D (2,5D)satsvis
+
specialprocesser
20/09/2005 # 24 www.acreo.se
Processekvens Deposit thin film layer (oxide, metal, polymer)
Spin on photo-resist
Expose with UV-light through mask
Etch exposed photo-resist areas
Etch thin film layer (wet or plasma)
Remove photo-resist
Etch bulk substrate (wet or plasma)
Bond 2:nd substrate (silicon, glass)
20/09/2005 # 25 www.acreo.se
Material
• halvledare• enkla metaller• kvarts • polymerer• nitrider
• glaser och glaskeramer• pläterbara metaller• termoplaster• piezoelektriska material• speciallegeringar• diamant• ….
20/09/2005 # 26 www.acreo.se
Processutrustning i renrum
20/09/2005 # 27 www.acreo.se
Etsteknik
- 90°54.74° <111>
<100>
(a) (b) (c)
20/09/2005 # 28 www.acreo.se
Etsteknik
Bulk bearbetning Yt bearbetning
Etch holeDiaphragm
20/09/2005 # 29 www.acreo.se
Bondning
Vs GlassSilicon
Hot Plate
Top Electrode
200 C < T < 500 C200 V < Vs < 1000 V
20/09/2005 # 30 www.acreo.se
Replikering
20/09/2005 # 31 www.acreo.se
Replikering
Nickel stamper
SiSi
Injection-moulding
Plasticreplica
20/09/2005 # 32 www.acreo.se
LIGA
20/09/2005 # 33 www.acreo.se
Kapsling och elektronik
Sencera
skydd med bondning separat eller integrerad elektronik
Kapsling och anslutning
20/09/2005 # 34 www.acreo.se
Många alternativ och standarder
20/09/2005 # 35 www.acreo.se
Ekonomi och marknad
20/09/2005 # 36 www.acreo.se
Historik
1970
1980
1990
2000
Trycksensorer
Mekaniskt signal filter
Kvartsstämgaffel
Gyro
Lab-on-chip
RF-mems
Accelerometer
Mikrospegel
IR bolometer
Bläckstråle
20/09/2005 # 37 www.acreo.se
0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
8 000
2003 2004 2005 2006 2007
$ m
illio
ns
MicrobolometersRF MEMSBio & Microfluidics comp.DLP (µ-mirrors)MOEMSGyroscopesAccelerometersP sensorsInkjet Head
MEMS komponent marknaden
(ref Yole)
20/09/2005 # 38 www.acreo.se
låg styckekostnad kräver volym
$
0
10
20
30
40
50
60
10K 100K 1M 10MÅrlig produktion
styc
kepr
is
# 39 www.acreo.se
Foundries
Foundries tillverkar “kundens” design– Väl etablerat inom IC
• Delar kostnaden med andra produkter– > 200 leverantörer för MEMS
• Silex i Sverige• Begränsat med standardprocesser - kvalificerade processteg
20/09/2005 # 40 www.acreo.se
Mer information
organisationer• minST (www.minst.nu)• universitet och högskolor (UU, KTH, LiTH, LTH, Chalmers, ...)• institut (Acreo och Imego)
internet• Danny Bank’s Introduction, www.dbanks.demon.co.uk/ueng
skrifter• Mikrosystem – möjligheternas teknik, www.teknikforetagen.se• Micro Structure Bulletin (MSB), www.colibri.se• SmallTimes, www.smalltimes.com• MST news, www.mstnews.de
20/09/2005 # 41 www.acreo.se
Micro Fluidic Lab
Air Flow Sensor Blood Pressure SensorNeuronal Electrodes
Plastic Replication
Flow Channel Nanoliter Wells Plastic Pump Integrated Valves
Combi Sensor
RF SwitchLaser Fiber Alignment VCSEL Array MicroChip Laser Packaging
QW Bolometer
Micro Dispensor
Wireless sensor
MEMS på Acreo sedan 1989Fluidics, Sensors, Optics, RF
20/09/2005 # 42 www.acreo.se
Ongoing MEMS projects
Biomedical– Neural recording probes– Protein array chip– Electrochemical Luminescence– Masspectrometer targets– Cell culture chamber
IR sensors– Uncooled IR detector array
Optical– Laser micro packaging
Acreo trend:
• New MEMS materials
• Implementation of nanoprocesses
• Biomedical applications
20/09/2005 # 43 www.acreo.se
Slutsats
MEMS teknologin ger nya möjligheter– Storlek– Strömförbrukning– Integrerbarhet– Prestanda– Kostnad (stora volymer, standardprodukter)
Kan användas för att– förbättra existerande produkter– ta fram nya produkter
20/09/2005 # 44 www.acreo.se
Slutsats
MEMS skiljer sig dock från IC– IC är mer generiskt med standardprocesser– MEMS är applikations specifikt och mycket diversifierat
Chiputveckling tar tid och kostar– Tillgång till utvecklade processer och foundries gör det
enklare
20/09/2005 # 45 www.acreo.se
Slutsats
Montering, kapsling och test är ofta mer kritiska än chippet
– Stor variation av teknologier– Vanligtvis specifikt för varje applikation– Begränsad tillgång till leverantörer med standard
proceser
=> Möjlighet att ta fram en unik produkt!
20/09/2005 # 46 www.acreo.se
Slutsats
När skall man utveckla ett eget chip?– Integrering– Montering och kapsling på skivnivå– Stor marknad (Volym x pris)– Finns inget bra att köpa
Vad kan du lägga ut?– Design - chip - makro interface - elektronik - kapsling - system– Börja med chippet– Nyttja existerande kompetensen i Sverige!
20/09/2005 # 47 www.acreo.se
slut
