按照多个行业的质量标准制造MEMS

微机电系统 （MEMS） 是在结合了电子功能和机械动作的专业微电子工厂中制造的设备MEMS 作为一个技术平台，能够制造出独特的传感器和致动器，这些传感器和致动器可以充当眼睛、耳朵、鼻子、舌头，甚至器官虽然 MEMS 的前景才刚刚开始被挖掘，但制造 MEMS 的挑战是艰巨的，因为该类别涵盖了许多不同类型的设备，用于各种行业，每个行业都有独特的标准和技术要求。

MEMS 技术的特点是定制设计，通常具有高纵横比（即高、瘦和易碎）的特征其中许多设备用于具有苛刻的热条件和机械应力的恶劣环境中虽然 MEMS 器件的制造方式与集成电路的制造方式相似，但 MEMS 通常使用较少传统的材料并具有更广泛的功能。

集成电路的外形尺寸往往只属于几个基本类别，而 MEMS 设备则采用更广泛的形式，包括加速度计、陀螺仪、压力传感器、打印机喷嘴、显示设备、麦克风等 由于 MEMS 的应用和外形尺寸差异很大，因此按照高质量标准制造它们极具挑战性。

本文探讨了 MEMS 的特定应用，以及如何通过使用严格的质量系统方法来实现高产量和一致的交付 例如，Sensera 制造的一种特别具有挑战性的产品是包含数千个微柱的硅模具——在这种情况下，微柱的直径约为 6 µm（大约是人类头发厚度的 1/10）和 40 µm 高。

这些模具用作制造聚合物膜的模具这些膜用于微流体装置，用于芯片上的器官应用，以更好地了解人类生物学 正如哈佛大学 Wyss 仿生工程研究所的高级工程师 Richard Novak 博士所描述的，“这些被称为‘器官芯片’的微芯片为传统的动物试验提供了一种潜在的替代方案。

每个单独的器官芯片都由一种透明的柔性聚合物组成，其大小与计算机记忆棒相当该聚合物包含中空的微流体通道，这些通道内衬有活的人体细胞通道与人工静脉接口，人工静脉也排列着人体细胞可以对这些通道施加机械力来模拟

活体器官的功能，包括肺中的呼吸运动和肠道中的蠕动样变形” 尽管在模具中均匀地间隔微柱的任务看起来很简单，但它带来了许多制造困难首先，这些高密度、高纵横比的特征很脆弱，很容易被最轻微的接触破坏由于柱子是用于在聚合物膜上形成孔的模具的一个特征，因此损坏的柱子将导致膜上缺少孔，从而阻碍芯片上器官中所需的细胞交换。

此外，破碎的柱子会变成碎片，如果移位和重新连接，将有可能损坏其他柱子区域在处理这些芯片时，我们必须非常小心，以保证微柱阵列的完整性 此外，这数千个微柱就像一块磁铁，可以吸附灰尘和颗粒事实上，微柱被用于一些除尘设备中，特别是因为它们具有吸尘特性。

在 MEMS 设备中，任何微小的灰尘颗粒、衣服纤维或皮肤或头发上的污染物都会导致缺陷，从而导致设备无法使用 这导致制造这些零件时面临的最大挑战之一：遵守严格的缺陷标准这些严格的缺陷标准是必要的，因为芯片上的器官用于人体血液的研究项目，如果用于由缺陷模具引起的缺陷设备，则会被浪费。

此外，需要精确的测试设备来确保结果的准确性和可重复性 制造这些设备时的另一个挑战是满足支柱的严格尺寸标准工艺条件的任何不稳定性或轻微变化都会导致柱尺寸发生较大变化，这也会导致器件故障 实施严格的质量管理体系 （QMS） 最有助于克服和继续克服所有这些挑战。

质量管理体系侧重于流程和系统的持续改进、风险和机会的持续分析以及预防不合格质量管理体系从提出材料采购请求的那一刻起实施它贯穿整个制造过程，仅在产品交付给客户时才结束 质量管理体系最重要的元素是持续监控生产过程中最细微的方面。

在照片处理期间和之后，例如， 光刻胶涂层工具的性能、光刻胶临界尺寸 （CD） 和晶圆清洁度都会受到监控并保持实时记录 在统计过程控制图和钢丝圈过程控制计划（图 3）中，Sensera 不仅设置了 测量需要的规格上限 （USL）和规格下限 （LSL），还设置了控制上限 （UCL） 和下限控制限 （LCL）。

持续监控这些控制限制可以识别关键工艺参数的趋势和小漂移，从而可以对其进行纠正

【图3 | 统计过程控制图（上）和钢丝圈过程控制计划（下）的例子］ 如此密集、如此详细地监控生产过程可能看起来几乎是强迫症，但我们发现为了保持 MEMS 制造所需的微观精度，这是必要的这种质量控制过程将 Sensera 的产量提高了 20%。

审核编辑：郭婷

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