Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS trong thiết kế khuôn mẫu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA _o0o _ NGUYỄN HÙNG VỸ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MEMS TRONG THIẾT KẾ KHUÔN MẪU CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 1: …………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: …………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HÙNG VỸ Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16 – 09 – 1982 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY MSHV: 09040393 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MEMS TRONG THIẾT KẾ KHUÔN MẪU 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu nhu cầu công nghệ MEMS giới Việt Nam - Nghiên cứu chất công nghệ MEMS quy trình cơng nghệ chế tạo MEMS - Ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu - Mơ dịng chảy vật liệu khn mẫu 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05 – 07 – 2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01 – 07 – 2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quan tâm hỗ trợ, tạo điều kiện hết lòng động viên tinh thần lẫn vật chất gia đình suốt thời gian thực luận văn Đặc biệt, Em xin chân thành cảm ơn Cô Thái Thị Thu Hà nhiệt tình hướng dẫn, gợi mở, định hướng, dành thời gian quý báu để duyệt cho ý kiến đóng góp ý nghĩa suốt trình thực luận văn Em xin phép gửi lời cảm ơn đến Thầy Phạm Ngọc Tuấn tận tình hướng dẫn, cố vấn chia sẻ cho em nhiều kiến thức quý báu suốt thời gian học tập Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cơ trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh nói chung Q Thầy Cơ Khoa Cơ Khí nói riêng, Q chun gia thuộc Trung Tâm Nghiên cứu triển khai – khu Công Nghệ Cao TpHCM, Quý Thầy Cô giảng dạy môn học trang bị cho Em kiến thức quý báu, thực tiễn suốt q trình học tập Bên cạnh đó, Em xin phép gửi lời cảm ơn đến Thầy Trần Văn Hải, Hiệu Trưởng nhà trường, nơi học viên công tác tạo điều kiện thời gian, hỗ trợ học phí điều kiện thuận lợi khác để học viên hồn thành chương trình cao học Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Trường TCN KTCN Hùng Vương tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học tập nghiên cứu Em xin gửi lời cảm ơn chia sẻ niềm vui đến gia đình người thân giúp đỡ, động viên, hỗ trợ khích lệ tinh thần cho học viên suốt trình học tập Xin cảm ơn anh chị lớp cao học chuyên ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy, giúp đỡ thời gian học tập Cuối cùng, xin kính chúc Q Thầy Cơ, bạn đồng nghiệp gia đình nhiều sức khỏe thành đạt Trân trọng Người thực luận văn Nguyễn Hùng Vỹ MSHV: 09040393 CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang i HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ MEMS thiết kế khn mẫu TĨM TẮT Hiện nay, nước phát triển giới Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Singapor … thương mại hóa sản phẩm MEMS cách mạnh mẽ Sự đời sản phẩm MEMS thúc đẩy phát triển nhiều lĩnh vực như: Hàng không vũ trụ, y tế, sinh học, ô tô công nghệ khuôn mẫu, … Tại Việt Nam cơng nghệ sản phẩm MEMS giai đoạn khởi đầu Việc ứng dụng công nghệ MEMS sản phẩm MEMS vào công nghiệp đời sống tạo nhiều hội phát triển cho đất nước Việc đầu tư nghiên cứu đầu tư trang thiết bị cách đồng cho lĩnh vực nâng cao hiệu công nghệ MEMS Nội dung luận văn trình bày tổng quan kết nghiên cứu ứng dụng công nghệ gia công MEMS giới, từ xác định mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu công nghệ gia công MEMS thiết kế khuôn mẫu Học viên nghiên cứu sở lý thuyết xây dựng quy trình chế tạo cho sản phẩm kim tiêm ứng dụng công nghệ gia công MEMS CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang ii HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu ABSTRACT Currently, the developed world such as USA, Japan, China and Singapore … are commercialized MEMS products vigorously The advent of MEMS products has spurred the development of such areas as: Aerospace, medical, biological, automotive and technology molding, In Vietnam, the MEMS technology and products are at the stage start The application of MEMS technology and MEMS products in industrial and life will create more opportunities for developing countries The investment in research and investment in equipment and a uniform for this area will improve the efficiency of MEMS technology The contents of the thesis presents an overview of research results and applications of MEMS technology in the world, thereby determining the objectives, content and methodology of MEMS technology in the design process mold Students have studied the theoretical basis and building processes for product manufacture needles processing applications of MEMS technology CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang iii HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu MỤC LỤC Trang bìa Phiếu đánh giá Tờ nhiệm vụ Lời cảm ơn Tóm tắt Mục lục Danh sách hình vẽ, bảng biểu Danh sách từ viết tắt Chương 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Tính cấp thiết luận văn 1.2 Lịch sử phát triển nhu cầu nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS giới Việt Nam .3 1.2.1 Lịch sử hình thành phát triển 1.2.2 Khái niệm MEMS 1.2.3 Q trình phát triển cơng nghệ MEMS 1.2.4 Xu hướng phát triển, thị trường nhu cầu MEMS 1.2.5 Ưu nhược điểm thách thức công nghệ MEMS 1.2.6 Những ứng dụng công nghệ MEMS 12 1.3 Ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu 23 1.3.1 Nhiệm vụ luận văn 23 1.3.2 Những vấn đề khó khăn luận văn 23 1.3.3 Phạm vi thực .24 1.3.4 Dự kiến lĩnh vực ứng dụng đề tài 24 Chương 2: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MEMS 25 2.1 Tổng quan công nghệ gia công MEMS .25 2.2 Công nghệ tạo màng 27 2.2.1 Lắng đọng hóa học 27 2.2.2 Lắng đọng vật lý 33 2.3 Công nghệ quang khắc 37 2.3.1 Tổng quan công nghệ quang khắc 37 CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang iv HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khn mẫu 2.3.2 Quy trình công nghệ quang khắc – LIGA 62 2.3.3 Kỹ thuật quang khắc mở rộng .64 2.3.4 Kỹ thuật mạ điện – Electroplating 67 2.3.5 Tạo khuôn – Molding 69 2.4 Kỹ thuật ăn mòn 73 2.4.1 Khái niệm 73 2.4.2 Phân loại 73 2.5 Vi khối 86 2.5.1 Khái niệm 86 2.5.2 Công nghệ dùng vi khối 87 2.5.3 Kỹ thuật kiểm sốt kích thước ăn mòn .88 2.5.4 Kỹ thuật liên kết 90 2.6 Vi bề mặt 91 Chương 3: CÔNG NGHỆ VI KHUÔN .95 3.1 Khái niệm vi khuôn – Micromolding 95 3.1.1 Khái niệm yếu tố công nghệ quan trọng vi khuôn 95 3.1.2 Q trình ép phun cho sản phẩm có kích thước nhỏ 97 3.2 Ứng dụng phần mềm Moldflow q trình phân tích mơ thông số công nghệ .101 3.2.1 Tổng quan phần mềm Moldflow 101 3.2.2 Trình tự phân tích, tối ưu hóa thiết kế Moldflow Plastics Insight 104 3.3 Công nghệ vi gia công 123 3.3.1 Công nghệ hàn 123 3.3.2 Gia công tia laser 123 3.3.3 Micro EDM 123 3.3.4 Công nghệ phay Micro 124 3.3.5 Vi khoan 125 Chương 4: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MEMS TRONG THIẾT KẾ KHUÔN MẪU CHO SẢN PHẨM “VI KIM TIÊM“ 127 4.1 Mục đích ý nghĩa sản phẩm vi kim tiêm 127 CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang v HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu 4.2 Quy trình chế tạo sản phẩm vi kim tiêm theo công nghệ gia công MEMS .132 4.2.1 Vật liệu chế tạo 133 4.2.2 Quy trình chế tạo 136 Chương 5: KẾT LUẬN 144 5.1 Kết đạt ý nghĩa luận văn 144 5.1.1 Ưu điểm .144 5.1.2 Nhược điểm 144 5.2 Hướng phát triển luận văn .144 5.3 Kết luận 144 Tài liệu tham khảo 146 Lý lịch trích ngang 149 CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang vi HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khn mẫu DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Tương quan kích thước chất lượng loại máy Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý chip MEMS Hình 1.3 Các lĩnh vực ứng dụng MEMS Hình 1.4 Cảm biến gia tốc hệ thống túi khí an tồn xe Hình 1.5 Cảm biến áp suất dạng màng dựa nguyên lí áp điện trở Hình 1.6 PCR chip tạo phản ứng dây chuyền chép đoạn AND Hình 1.7 Kim tiêm thuốc khơng gây đau Hình 1.8 Hệ trục bánh chuyển đổi tốc độ, truyền giảm tốc Hình 1.9 Sản phẩm MEMS Hình 1.10 Vi cảm biến gia tốc Hình 1.11 Quy trình chế tạo cảm biến vi đo lực đo khối lượng Hình 1.12 Vi cảm biến áp suất Hình 1.13 Các loại cảm biến áp suất kiểu màng Hình 1.14 Vi cảm biến áp suất kiểu tụ Hình 1.15 Cấu trúc cảm biến áp điện trở Hình 1.16 Quy trình chế tạo cảm biến áp suất hiệu ứng áp điện trở Hình 2.1 Các cơng nghệ gia cơng chế tạo sản phẩm có kích thước nhỏ Hình 2.2 Minh họa trình tạo màng, quang khắc, ăn mịn cơng nghệ chế tạo vi mạch Hình 2.3 Các phương pháp gia cơng cơng nghệ tạo màng Hình 2.4 Hệ PECVD cực song vách nóng Hình 2.5 Lị phản ứng tạo màng kết tủa khí hóa áp suất khí (APCVD) Hình 2.6 Lị vách nóng dùng tạo màng áp suất thấp (LPCVD) Hình 2.7 Sơ đồ hệ bốc bay chân khơng cho lắng đọng màng Hình 2.8 Khả phủ bậc đồng phương pháp phún xạ Hình 2.9 Sơ đồ hệ phún xạ plasma Hình 2.10 Các phương pháp gia cơng cơng nghệ quang khắc CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang vii HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khn mẫu qua tốt, chí chất lỏng khuếch tán qua với tốc độ thấp, dễ dàng kết dính với loại vật liệu khác (silic đơn tinh thể, thủy tinh, PDMS khác) PDMS sử dụng rộng rãi thiết bị vi dòng loại van, bơm … Những quy trình ban đầu dùng PDMS làm khn cách dễ dàng, nhanh chóng chi phí tạo mẫu nhanh thấp Các trình quang khắc hay kết hợp với vật liệu để tạo khuôn Một số ý áp dụng quy trình tạo hình PDMS: ™ Thể tích PDMS bị co rút bước lưu hóa (curing) Do số kích thước bù cụ thể so với kích thước danh nghĩa phải kết hợp ™ Các tính chất hóa học bề mặt, phun lớp kim loại bề mặt để xóa vết nứt tạo khả dẫn điện PDMS cung cấp thị trường dạng sệt - đúc phủ quay lớp Tuy nhiên PDMS khơng có khả định hình quang, nên khơng thể phủ quay tạo hoa văn (hình ảnh từ mặt nạ) lớp phim cản quang Dùng ánh sáng UV để rửa ảnh, nhiên khơng phải giải pháp tối ưu Có thể dùng kỹ thuật ăn mòn plasma để tạo hình ảnh lớp phim PDMS Tuy nhiên tốc độ ăn mòn thấp Tốc độ đo gần 7nm/phút công suất 800W hiệu điện 100V c Vật liệu Silic Silic ứng dụng cơng nghệ chế tạo vi mạch mà cịn có ưu định hệ MEMS Với ưu điểm (1) độ tinh khiết, rẻ, đặc tính vật liệu tốt; (2) lượng lớn nhiều loại khác dễ áp dụng kỹ thuật khác nhau; (3) khả tích hợp với việc điều khiển tín hiệu vi mạch Với lí này, thuộc tính vật lí silic cho nhiều ứng dụng cảm biến khí, thiết bị chế tạo theo khối silic dùng silic vật liệu cách điện (silicon on insulator) CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 135 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ MEMS thiết kế khn mẫu Hình 4.8 Các mặt phẳng quan trọng hướng cấu trúc tinh thể silic Silic ứng dụng vật liệu làm chi tiết nhỏ tích hợp chi tiết khí đó, ví dụ chế tạo màng biến dạng có áp suất tác động cảm biến áp suất Tuy nhiên lĩnh vực ứng dụng silic vật liệu công nghệ vi mạch IC Kỹ thuật vi chế tạo (micromachining techniques) áp dụng từ năm 1980 phiến silic vật liệu có vai trị ngày quan trong cơng nghệ MEMS 4.2.2 Quy trình chế tạo Từ yêu cầu kỹ thuật thiết kế chế tạo sản phẩm vi kim tiêm theo công nghệ gia công MEMS khuôn mẫu, học viên xin trình bày quy trình thiết kế chế tạo sản phẩm vi kim sau: Quy trình thực dựa thiết bị sẵn có Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai – Khu Công Nghệ Cao TpHCM Kim tiêm chế tạo gồm bước là: ™ Xây dựng khuôn trung gian PDMS (chất đàn hồi) để tạo hình biên dạng đỉnh kim tự tháp ™ Tạo lỗ kim lớp cản quang Su-8 cách xây dựng khuôn trung gian PDMS chế tạo bước CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 136 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu a Các bước tạo khn trung gian Bước tạo khn PDMS có dạng đỉnh kim tự tháp, sau đổ Su-8 lên thực tạo hình nhóm đầu kim tiêm khn Quy trình thực hình 4.9: Hình 4.9 Trình tự bước chế tạo khn trung gian PDMS Trước áp dụng quy trình cần làm phiến Si (nền) Các biện pháp tiền xử lí, làm phiến Si dùng làm trình chế tạo Làm phiến Si áp dụng tiêu chuẩn cơng ty RCA dùng loại hóa chất sau để tẩy phiến: ™ Dung dịch HNO3 ™ Acetone ™ Nước DI * Bước 1: Quang khắc Kết mong muốn sau bước là: CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 137 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu ™ Chiều sâu lỗ 255 μm ™ Lớp Su-8 dày 700μm Bước dùng kỹ thuật quang khắc nghiêng Trình tự thực ™ Phủ lớp chất HMDS (Hexa-Methylene-Di-Siloxane) để tăng độ bám dính lớp cảm quang ™ Nhỏ chất cảm quang lên phiến, cho quay với tốc độ vài nghìn (3000) rpm, bề dày lớp cảm quang tùy vào tốc độ quay độ nhớt lớp cảm quang (Sử dụng thiết bị Photoresit Spiner – Trung Tâm nghiên cứu triển khai – Khu CN Cao TpHCM) Hình 4.10 Photoresit Spiner machine Hình 4.11 Phủ lớp trợ dính photoresit Sau ủ sơ 90-120oC thời gian khoảng 60-120s (Thiết bị sử dụng Hot Plate lò sấy) CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 138 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khn mẫu Hình 4.12 Thiết bị ủ (Hot plate) Đưa vào hệ quang khắc cho phần đỡ chi tiết xoay góc 37.5o so với phương đứng, sau đảo chiều nghiêng Có thể sử dụng máy quang khắc UV thường (Mask Alaigner hãng Suss Micro Tech) Hình 4.13 Máy chiếu UV Mask Alaigner hãng Suss Micro Tech Với mong muốn góc đỉnh kim tử tháp 75o, gá chi tiết nghiêng 37.5o cách chiếu UV thẳng đứng cho bàn gá phiến xoay Kết sau bước thu hình 4.9a * Bước 2: Lớp Su-8 rửa sau gia nhiệt tạo độ cứng cho SU-8 để làm khn cho nhựa PDMS hình 4.9b Loại phần resist không chiếu sáng Loại resist dung dịch axit mạnh H2SO4 hỗn hợp axit H2SO4 + Cr2O3 phương pháp nhúng dung dịch Sau rửa, kiểm tra chiều sâu lỗ Su-8 cách dùng dùng thiết bị đo chiều dày như: CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 139 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khn mẫu Hình 4.14 Dektak 6M sử dụng để đo độ dày Step Hình 4.15 Thiết bị Filmetric dùng để đo độ dày màng * Bước 3: Tạo khuôn PDMS Khuôn tạo thành cách chép lần cấu trúc khối SU8(master) để tạo khn PDMS có cấu trúc giống hình dạng lớp SU-8 trước Thực khử ẩm PDMS chân khơng để chắn khơng xuất bọt khí thời gian 20-30 phút Sau đổ PDMS lên khn SU-8 tạo bước trước, để đặc lại tách khn Điều kiện đặt lị nóng để PDMS điền hết khe khuôn thường nhiệt độ 65oC thực 1-2 Ta thu khn PDMS nhiên phần dương Do cần chép lần để thu dạng âm bản, cho PDMS lên khuôn PDMS vừa tạo thành tách khn Kết hình 4.9 c,d CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 140 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu Hình 4.16 Khn PDMS thu b Chế tạo lỗ kim định hình kim tim khn PDMS Sau tạo khuôn PDMS, tiếp tục tráng phủ lớp resist Su-8 lên bề mặt khuôn đảm bảo đủ chiều dày thiết kế Thực bước tạo hình lớp resist Q trình tạo hình thể hình sau: Hình 4.17 Các bước chế tạo lỗ kim vật liệu SU-8 * Bước 1: Tiền xử lý Gia nhiệt Su-8 60oC 30 phút để giảm độ nhớt CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 141 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu Bề mặt khuôn trung gian gia nhiệt sử dụng oxy plasma 20 phút (hình 4.17a) * Bước 2: Tráng phủ Su-8 lên khuôn PDMS Khối Su-8 phủ với chiều dày khoảng 1175µm (tính từ đáy lỗ) tốc độ quay cỡ 1500-3000 vịng/phút Mặt sau khn hút chân khơng 3h để loại bỏ lỗ khí thơng qua tính PDMS Trong mặt tiếp tục đúc (hình 4.17b) * Bước 3: Quang khắc Các mẫu Su-8/PDMS gia nhiệt 115oC 24 Quang khắc UV i-line (365nm) sử dụng để tạo lỗ sâu qua khối kim tử tháp Hình 4.17c,d miêu tả bước quang khắc dùng mặt nạ khác Trong bước quang khắc hình 4.17c, đỉnh kim tự tháp trục lỗ xác định mặt nạ chromium, bao gồm phần hình vng trống 400x400µm2 hình trịn màu đen đường kính 70µm cho lỗ suốt để truyền dẫn thuốc Liều lượng (dose) UV dùng cho trình 3000mJ Ngồi số q trình khúc xạ xảy thực hiên quang khắc, điều dẫn đến liên kết ngang không mong muốn lỗ truyền dẫn thuốc gây nghẽn dòng Theo định luật khúc xạ: θi = θr (định luật phản xạ ánh sáng) nisinθi = ntsinθt (định luật khúc xạ ánh sáng) Góc nghiêng tia UV so với bề mặt tiếp xúc Su-8/PDMS nhỏ dẫn đến tia khúc xạ bé Vì góc nghiêng mặt khuôn PDMS cần xem xét cách cẩn thận Bước quang khắc thứ giảm lượng UV cỡ 350mJ định dạng mặt kim tiêm hình 4.17d Quá trình chiếu sáng nung thực để đạt bề dày 350μm Lớp phần đế kim tiêm CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 142 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu * Bước 4: Tách sản phẩm Khối Su-8 tách từ khuôn trung gian PDMS Q trình rửa ảnh hồn thành khối kim tiêm Su-8 hình 4.17e f Sự rửa ảnh khối Su-8 thực propylene glycol methyl ether acetate(PGMEA) gồm bước nhỏ: ™ Đầu tiên rửa ảnh Su-8 bồn PGMEA tĩnh vòng ™ Sau rửa ảnh Su-8 bồn siêu âm để loại bỏ phần tử gây nghẽn dịng Tiếp theo dùng isopropyl alcohol (IPA) để tẩy thổi khô nitơ * Nhận xét: Quy trình thiết kế chế tạo sản phẩm vi kim tiêm ứng dụng công nghệ gia công chế tạo MEMS chuyên gia Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai – Khu Công Nghệ Cao TpHCM đánh giá cao tính khả thi, đáp ứng thiết bị vật liệu Tuy nhiên khó khăn quy trình kích thước mặt nạ nhỏ nên muốn thực phải đặt mặt nạ chế tạo nước ngồi như: Singapor, … Vì thời gian tới đề tài tiếp tục nghiên cứu mở rộng với việc chế tạo sản phẩm theo quy trình trên, sau đánh giá phân tích thông số công nghệ ảnh hưởng đến sản phẩm có kích thước micromet thơng số cơng nghệ khuôn CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 143 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết đạt ý nghĩa luận văn 5.1.1 Ưu điểm Với nhiệm vụ đặt ban đầu là: Tìm hiểu nhu cầu công nghệ MEMS giới Việt Nam Nghiên cứu chất công nghệ MEMS quy trình cơng nghệ chế tạo MEMS Ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu Mô dịng chảy vật liệu khn mẫu Luận văn hoàn thành nhiệm vụ 5.1.2 Nhược điểm Luận văn chưa thực việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế mà dừng lại sở lý thuyết xây dựng quy trình chế tạo điều kiện kinh phí phục vụ cho việc chế tạo cịn gặp nhiều khó khăn 5.2 Hướng phát triển luận văn Để hoàn thiện ý tưởng thiết kế chế tạo khn mẫu cho sản phẩm có kích thước micro có ứng dụng cơng nghệ gia cơng chế tạo MEMS, luận văn tiếp tục nghiên cứu chế tạo sản phẩm cụ thể phương pháp gia công MEMS – sản phẩm vi kim tiêm, sau phân tích đánh giá nhân tố công nghệ ảnh hưởng đến vi khuôn 5.3 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề ứng dụng công nghệ gia công MEMS thiết kế khuôn mẫu, luận văn đạt số kết sau: ™ Nghiên cứu phương pháp công nghệ gia công MEMS ™ Xây dựng quy trình chế tạo cho sản phẩm ứng dụng cơng nghệ gia công MEMS CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 144 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu Tuy nhiên, hạn chế nguồn kinh phí phục vụ cho việc gia cơng chế tạo nên luận văn dừng lại việc nghiên cứu sở lý thuyết xây dựng quy trình chế tạo Trong tương lai tiến hành chế tạo thử sản phẩm tiến hành phân tích yếu tố ảnh hưởng đến khn cho sản phẩm có kích thước nhỏ CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 145 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] X.C Shan a ,* , T Ikeharab, Y Murakoshib, R Maedab, Applications of micro hot embossing for optical switch formation a Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech), 71 Nanyang Drive, Singapore 638075, Singapore 2004 b National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Namiki 1-2, Tsukuba-shi, Ibaraki 305-8564, Japan 2004 [2] Usama M Attia,* Silvia Marsona and Jeffrey R Alcockb; Micro-Injection Moulding of Polymer Microfluidic Devices; 2009 [3] Gina S Fiorini and Daniel T Chiu; Disposable microfluidic devices: fabrication, function, and application 2005 [4] Liwei L in1 , Chun-Jung Chiu1, Walter Bache2 and Mathias Heckele2 Institute of Applied Mechanics, National Taiwan University, Taipei, 106, Taiwan, R.O.C Forschungszentrum Karlsruhe, Institut for Mikrostrukturtechnik, 76021 Karlsruhe, Germany; Microfabrication Using Silicon Mold Inserts and Hot Embossing [5] M Worgull, J.-F Hétu*, K.K Kabanemi*, M Heckele; Characterization of Friction during the Demolding of Microstructures Molded by Hot Embossing; Stresa, Italy, April 26-28, 2006 [6] Holger Becker*,1, Ulf Heim; Hot embossing as a method for the fabrication of polymer high aspect ratio structures; 1999 [7] Yongjun Zhao and Tianhong Cui; Fabrication of high-aspect-ratio polymer-based electrostatic comb drives using the hot embossing technique; 2003 [8] Woo-Chul Jung 1, Young-Moo Heo 1, Gil-Sang Yoon 1, Kwang-Ho Shin 1, Sung Ho Chang 1, Gun-Hee Kim and Myeong-Woo Cho 2,* ; Micro Machining of Injection Mold Inserts for Fluidic Channel of Polymeric Biochips; 2007 [9] Ramachandran K Trichur; DEVELOPMENT OF POLYMER MEMS STRUCTURES FOR LAB-ON-A-CHIPS USING UV-LIGA AND INJECTION MOLDING TECHNIQUES, 2003 CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 146 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu [10] Steve Beeby, Graham Ensell, Michael Kraft, Neil White; MEMS Mechanical Sensors; Southampton, United Kingdom, April 2004 [11] Mohamed Gad-el-Hak, The MEMS Handbook - Second Edition - MEMS Introduction and Fundamentals, 2006 [12] Vijay K Varadan, K J Vinoy, S Gopalakrishnan; Smart Material Systems and MEMS: Design and Development Methodologies, 2006 [13] Mohamed Gad-el-Hak, MEMS - Introduction and Fundamentals, Taylor & Francis Group, LLC, 2006 [14] Mark J Jackson, Microfabrication and Nanomanufacturing, Taylor & Francis Group, LLC, 2006 [15] N P Mahalik, Micromanufacturing and Nanotechnology, Springer, 2006 [16] Sergey Edward Lyshevski, Nano- and Microelectromechanical Systems, Fundamentals of Nano- and Microengineering, CRC Press, 2001 [17] Vijay K Varadan, K J Vinoy, S Gopalakrishnan, Smart Material Systems and MEMS: Design and Development Methodologies, John Wiley and sons, Ltd., 2006 [18] L L Faulkner, Microengineering, MEMS, and Interfacing - A Practical Guide, Taylor & Francis Group, LLC, 2006 [19] Nadim Maluf, Kirt Williams, An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering, Second Edition, Artech House, Inc [20] Các báo tiếng việt ứng dụng MEMS chế tạo cảm biến [21] Vũ Ngọc Hùng, Nguyễn Đức Chiến, Trịnh Quang Thông; Nghiên cứu chế tạo khảo sát đặc trưng cảm biến vi đo lực; Trung tâm Quốc tế đào tạo khoa học vật liệu (ITIMS), Khoa Vật lý, ĐHSP Hà Nội [22] Nam - Trung Nguyen - Steven T Wereley, Fundamentals and Applications of Microfluidics, Second Edition [23] TS Nguyễn Nam Trung, Cơ sở công nghệ vi điện tử & vi hệ thống CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 147 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu [24] Nguyễn Đức Chiến, Nguyễn Văn Hiếu, Công nghệ chế tạo mạch vi điện tử [25] Chang Liu, Foundation of MEMS [26] Gary K Fedder, MEMS fabrication, Department of Electrical and Computer Engineering, and The robotics Institute Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA 15213-3890, USA [27] Doctoral Dissertation, FABRICATION OF SU-8 MICROSTRUCTURES FOR ANALYTICAL MICROFLUIDIC APPLICATIONS [28] Dongmei Cao (2004), REPLICATION OF METAL-BASED HIGHASPECT-RATIO MICROSCALE STRUCTURES BY HIGH TEMPERATURE MICROMOLDING [29] Seong-O Choi, Swaminathan Rajaraman, Yong-Kyu Yoon, 3-d PATTERNED MICROSTRUCTURES USING INCLINED UV EXPOSURE AND METAL TRANSFER MICROMOLDING [30] Swaminathan Rajaraman, Maxine A McClain, Seong-O Choi, THREEDIMENSIONAL METAL TRANSFER MICROMOLDED MICROELECTRODE ARRAYS (MEAS) FOR IN-VITRO BRAIN SLICE RECORDINGS [31] Po-Chun Wang, Brock A Wester, Swaminathan Rajaraman, Seung-Joon Paik, Seong-Hyok Kim, and Mark G Allen, Hollow Polymer Microneedle Array Fabricated by Photolithography Process Combined with Micromolding Technique [32] Các trang Web: http://automation.net.vn/the-gioi-cam-bien/thi-truongcam-bien-mems-cho-cac-ung-dung-cam-tay.html [33] Harikrishnan.J, Microfluidic System Using Microneedles for Targeted, Pain-free Drug Delivery [34] Moon, Sang-Jun and Seung S Lee, Fabrication of microneedle array using inclined LIGA process, Departments of Mechanical Engineering, Pohang university of Science and Technology, San31 Hyojadong Namgu, Pohang, Korea CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 148 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN HÙNG VỸ Phái: Nam Ngày sinh: 16 – 09 – 1982 Nơi sinh: Phú Yên Địa liên lạc: 430 Phan Văn Trị, Phường 7, Quận 5, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam Địa email: hungvy2881@yahoo.com ĐT: 0986680105 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO + Tháng 09/2000 đến tháng 04/2005: Sinh viên khoa Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM, Chuyên ngành Kỹ Thuật Chế Tạo + Tháng 09/2009 đến nay: Học viên cao học khoa Cơ Khí, chun ngành Cơng Nghệ Chế Tạo Máy, hệ quy, Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC + Tháng 04/2005 đến nay: Giáo viên Trường Trung cấp nghề Kỹ thuật Công nghệ Hùng Vương ĐC: 161 – 165, Nguyễn Chí Thanh, Phường 12, Quận 5, Tp Hồ Chí Minh CBHD: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Trang 149 HVTH: Nguyễn Hùng Vỹ - 09040393 ... kế - chế tạo khn mẫu ứng dụng cơng nghệ MEMS Quy trình thiết kế - chế tạo khuôn mẫu ứng dụng công nghệ MEMS Đánh giá thông số công nghệ khuôn mẫu ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế - chế tạo 1.3.3... MEMS Ứng dụng công nghệ MEMS thiết kế khuôn mẫu Mô dịng chảy vật liệu khn mẫu 1.3.2 Những vấn đề khó khăn luận văn Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo khuôn mẫu ứng dụng công nghệ MEMS cần thiết. .. Từ ứng dụng mang nhiều ý nghĩa vi khuôn ứng dụng công nghệ MEMS nghiên cứu thiết kế, chế tạo Vì thực đề tài ý nghĩa mang tính cấp thiết Chính việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ gia công MEMS thiết