DE102007020757A1 - Polyimide-thin layer manufacturing method for manufacturing e.g. microchip, in industrial application, involves carrying out melting process to achieve contraction of connection and rotation and removal of regions of microstructure layer - Google Patents
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Abstract
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung gibt ein Polyimid-Dünnschicht-Selbstmontageverfahren an, bei dem eine integrierte Miniatur-Planartechnologie mit einfachen, schnellen und wirtschaftlichen Eigenschaften verwendet wird, um die Nachteile der herkömmlichen Selbstmontage-Technologie zu lösen.The Invention provides a polyimide thin film self-assembly method in which a miniature integrated planar technology with simple, fast and economic properties is used to the disadvantages the conventional self-assembly technology to solve.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die Entwicklung und Anwendung der Miniatur-Technologie ist der hauptsächliche Trend in der modernen Wissenschaft, und die Selbstmontage-Technologie ist insbesondere das elementare Verfahren im mikroskopischen Bereich in den letzten Jahren.The Development and application of miniature technology is the main one Trend in modern science, and the self-assembly technology is in particular the elementary method in the microscopic area in recent years.
Betrachtet man einen Mikroventilator, der durch eine Technologie mit mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) hergestellt wurde, wie dieses im Anhang 1 gezeigt ist, muss der Bereich zwischen dem Scratch-Antrieb-Aktuator (Scratch Drive Actuator SDA) des Mikroventilators und der Struktur der Mikroflügel mithilfe einer Selbstmontage-Technologie und Multi-User-MEMS-Verfahren (MUMP) erstellt werden.considered to get a micro fan, by a technology with microelectromechanical Systems (MEMS) was produced, as shown in Appendix 1 is the area between the scratch drive actuator (Scratch Drive Actuator SDA) of the micro fan and the structure of the micro wings a self-assembly technology and multi-user MEMS process (MUMP) to be created.
Die so genannte Selbstmontage-Technologie bedeutet, dass die Mikrostruktur sich nach Vollendung des letzten Freigabeverfahrens selbst ausrichtet. Wie im Anhang 2 gezeigt, umfasst die Selbstmontage-Technologie folgende drei Typen.The so-called self-assembly technology means that the microstructure align itself after completion of the last clearance procedure. As shown in Appendix 2, the self-assembly technology includes the following three types.
Typ
1 verwendet die Restspannung aus dem Herstellungsprozess, um die
Deformation zu erzeugen, was in einem Versatz der Mikrostruktur
resultiert, wie in
Typ
2 verwendet akustische Oberflächenwellen,
die durch Ultraschall erzeugt wurden, um die Mikrostruktur durch
Vibration in eine vorbestimmte Position zu bewegen, wie in
Typ
3 verwendet eine Lötperle,
einen Fotolack oder ein anderes Polymer, um eine elastische Verbindung
an dem Mikrogelenk zu bilden. Mit einem Aufschmelz- oder Reflow-Verfahren
bei hoher Temperatur nimmt die elastische Verbindung einen Schmelzzustand
ein, um eine Oberflächenspannungskraft
zu erzeugen, die die Mikrostruktur aufbiegt, wie dieses in
Jedoch sind die Verfahren nach Typ 1 und Typ 2 der traditionellen Selbstmontage-Technologie nur bei einer statischen Anwendung oder bei einer befestigten Mikrostruktur anwendbar, sind jedoch nicht geeignet für dynamische oder rotierende Mikrostrukturen, wie einen Mikroventilator.however The Type 1 and Type 2 methods are the traditional self-assembly technology only in a static application or in a fixed microstructure applicable, but are not suitable for dynamic or rotating Microstructures, such as a micro fan.
Im
Hinblick auf das Verfahren nach Typ 3 einer Selbstmontage-Technologie gibt
es viele Materialien, die geeignet sind für die Herstellung von elastischen
Verbindungen. Verschiedene Materialien zeigen hierbei entsprechende
Vor- und Nachteile. Bei Anwendung einer Lötperle seien zum Beispiel aufgezählt:
Bleikontamination:
Die Lötperle
ist zusammengesetzt aus Zinn und Blei (63Sn/37Pb). Während des
Reflow-Verfahrens werden die Geräte
und die Umgebung durch Blei kontaminiert.
Hohe Kosten: Die
meisten der in der Oberfläche
in Mikrobearbeitung hergestellten Mikrostrukturen werden üblicherweise
durch polykristallines Silizium (Poly-Si) hergestellt, wobei eine
dünne Goldschicht
als Zwischenschicht zwischen der Lötperle und dem Polysilizium
aufgebracht werden muss. Dieses zusätzliche Verfah ren resultiert
unvermeidbar in Schwierigkeiten bei der Produktion und in erhöhten Kosten.
Geringe
Präzision:
Um den Anstellwinkel oder die Verstellung der Mikrostruktur zu kalkulieren,
muss die Dimension der Lötperle
genau gesteuert werden. Jedoch haben herkömmliche Lötperlen üblicherweise eine Volumenabweichung
bis zu 25%, was die Präzision
des Anstellwinkels oder der Verstellung unkontrollierbar macht.
Manuelles
Verfahren: Bis jetzt verlangt das Aufsetzen der Lötperle auf
die Goldschicht immer noch ein manuelles Ausrichtverfahren.
Probleme
bei der Miniaturisierung: Gegenwärtig
liegt der kleinste Durchmesser einer Lötperle nicht unter 100 μm, was die
minimale Größe der mit
der Lötperle versehenen
Anordnungen begrenzt.With regard to the Type 3 method of self-assembly technology, there are many materials suitable for making elastic joints. Different materials show corresponding advantages and disadvantages. When using a solder bump, for example:
Lead contamination: The solder ball is composed of tin and lead (63Sn / 37Pb). During the reflow process, the devices and the environment are contaminated by lead.
High Cost: Most microstructures fabricated in the micromachining surface are typically made by polycrystalline silicon (poly-Si), with a thin gold layer being required as an intermediate layer between the solder bump and the polysilicon. This additional process inevitably results in difficulties in production and increased costs.
Low precision: In order to calculate the angle of attack or the adjustment of the microstructure, the dimension of the solder bump must be precisely controlled. However, conventional solder bumps usually have a volume deviation of up to 25%, making the precision of the pitch or displacement uncontrollable.
Manual Method: So far, placing the solder bump on the gold layer still requires a manual alignment procedure.
Miniaturization Problems: At present, the smallest diameter of a solder ball is not less than 100 μm, which limits the minimum size of the solder bumped arrangements.
Bei
elastischen Verbindungen, die durch einen Fotolack gebildet sind,
soll als weiteres Beispiel bemerkt werden:
Das Herstellungsverfahren
der elastischen Verbindung, die durch einen Fotolack aufgebaut wird,
ist nicht so kompliziert wie das Verfahren mit einer Lötperle,
und die Kosten sind ebenfalls niedriger. Jedoch muss die Freigabe
der Mikrostruktur durch trockenes oder nasses Ätzen ausgeführt werden.For elastic compounds formed by a photoresist, another example to be noted is:
The manufacturing method of the elastic compound constituted by a photoresist is not as complicated as the method with a solder ball, and the cost is also lower. However, the release of the microstructure must be carried out by dry or wet etching.
Bei dem trockenen Ätzverfahren wird flüssiges Kohlendioxid verwendet, um die Mikrostruktur freizugeben und die Wassermoleküle zu ersetzen, um einen Klemmeffekt der Mikrostruktur zu vermeiden. Jedoch ist die Ausrüstung für eine trockene Ätzung mit superkritischem CO2, die bei diesem Verfahren verwendet wird, relativ teuer, sodass die Kosten für dieses Verfahren relativ hoch sind.In the dry etching process, liquid carbon dioxide is used to release the microstructure and replace the water molecules to avoid a pinch effect of the microstructure. However, the supercritical CO 2 dry etch equipment used in this process is relatively expensive, so the cost of this process is relatively high.
Ein nasses Ätzen erfordert keine zusätzliche Herstellungsausrüstung, sodass dies eine Lösung mit niedrigeren Kosten ist. Jedoch muss nach dem Ätzen der Opfer schicht mit einer Lösung aus Flusssäure (HF) oder einer gepufferten Oxidätzflüssigkeit (buffered oxide etch BOE) Isopropylalkohol (IPA) angewendet werden, um die Wassermoleküle schnell zu verdampfen. Isopropylalkohol hat jedoch die Eigenschaft, den Fotolack aufzulösen, sodass damit die mit dem Fotolack anfänglich hergestellte elastische Verbindung beschädigt wird.Wet etching does not require additional manufacturing equipment, so this is a solution with lower costs. However, after etching the sacrificial layer with a solution of hydrofluoric acid (HF) or a buffered oxide etch (BOE), isopropyl alcohol (IPA) must be used to rapidly vaporize the water molecules. However, isopropyl alcohol has the property of dissolving the photoresist, thus damaging the elastic compound initially made with the photoresist.
Wenn insgesamt die Produktionskosten, die Prozessintegration und die Fähigkeit zur Miniaturisierung betrachtet werden, ist dringend ein neues Herstellungsverfahren erforderlich, um die verschiedenen Nachteile zu beseitigen, die mit der elastischen Verbindung zusammenhängen, die mithilfe einer Lötperle oder eines Fotolack ausgebildet wurden.If overall the production costs, the process integration and the ability miniaturization is urgently a new manufacturing process necessary to eliminate the various disadvantages that related to the elastic connection using a solder ball or a photoresist were formed.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERDINDUNGSUMMARY OF THE ERDINDING
Angesichts dieser Ausführungen wird mit der Erfindung eine Dünnschicht-Selbstmontage-Technologie auf Polyimidbasis angegeben, die fünf Verfahrensschritte wie folgt umfasst: (1) Ablegen einer Opferschicht und einer eine niedrige Spannung aufweisenden Mikrostrukturschicht auf einem Siliziumsubstrat; (2) Anlegen eines Musters und Ätzen der Mikrostrukturschicht mit niedriger Spannung, um einen stationären Teil und einen beweglichen Teil der Mikrostruktur vorzusehen; (3) Aufbringen einer fotosensitiven Polyimid-Dünnschicht als elastische Verbindung der Mikrostrukturschicht und Definieren ihrer Form unter Anwendung einer fotolithografischen Technik; (4) Entfernen der Opferschicht unterhalb des beweglichen Teiles der Mikrostrukturschicht durch nasses Ätzen; (5) schließlich Anwenden des Reflow-Verfahrens beim Polyimid, was in der Kontraktion der elastischen Verbindung resultiert, sodass diese rotiert und den beweglichen Teil zur Vollendung der Selbstmontage der Mikrostruktur anhebt. Da die Erfindung extensiv bei einer Vielzahl von miniaturisierten Industrieanwendungen angewendet werden kann, kann sie die Nachteile des Standes der Technik beheben und ebenfalls die Anforderungen an einfache Herstellungsverfahren mit niedrigen Kosten und an die Miniaturisierung erfüllen.in view of of these designs With the invention, a thin film self-assembly technology stated on polyimide basis, the five process steps as follows includes: (1) depositing a sacrificial layer and a low one Voltage-bearing microstructure layer on a silicon substrate; (2) Apply a pattern and etch the low-stress microstructure layer around a stationary part and to provide a movable part of the microstructure; (3) Apply a photosensitive polyimide thin film as elastic connection of the microstructure layer and defining their shape using a photolithographic technique; (4) Remove the sacrificial layer below the moving part of the Microstructure layer by wet etching; (5) finally apply the reflow process in polyimide, resulting in the contraction of the elastic compound results so that it rotates and the moving part to complete the self-assembly of the microstructure raising. Since the invention has been extensively miniaturized in a variety of Industrial applications can be applied, they can be the disadvantages of the prior art and also the requirements to simple low cost manufacturing processes and to the Miniaturization.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELESDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT
Die Erfindung bezieht sich auf ein Polyimid-Dünnschicht-Selbstmontage-Verfahren, bei dem ein dünner Film eines fotosensitiven Polyimides als Material für die elastische Verbindung verwendet wird. Während des Reflow-Prozesses wird ein Schmelzzustand der elastischen Verbindung auf Polyimidbasis bei hoher Temperatur (380°C–405°C) erreicht, wobei eine Oberflächenspannungskraft erzeugt wird, um die Mikrostruktur heraufzuziehen.The The invention relates to a polyimide thin-film self-assembly method in which a thinner Film of a photosensitive polyimide as a material for the elastic Connection is used. While The reflow process becomes a molten state of the elastic compound achieved on polyimide base at high temperature (380 ° C-405 ° C), wherein a surface tension force is generated to pull up the microstructure.
Wie
in
Schritt
1: Ablegen eines Phoshosilicat-Glases (PSG) auf dem Siliziumsubstrat
Schritt
2: Ausführen
eines ersten fotolithografischen Verfahrens und Ätzen der Mikrostrukturschicht
Schritt
3: Anwenden einer Schleuderbeschichtung, um einen dünnen Film
Schritt
4: Ausführen
eines zweiten fotolithografischen Verfahrens, um die Form der elastischen Verbindung
Schritt
5: Eintauchen des Wafers in das gepufferte Oxid-Ätzbad BOE, um das Nassätzen des vorbestimmten
Bereiches der Opferschicht
Schritt
6: Ausführen
des Reflow-Verfahrens für
den dünnen
Polyimidfilm, wobei ein Hochtemperaturofen verwendet wird, woraus
ein Schmelzzustand der elastischen Verbindung
Zunächst sollen die Vorteile und Gegenargumente für eine elastische Verbindung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurde, im Vergleich zu einem Verfahren mit einer Lötperle verglichen werden.First, the benefits and Gegenargu For a flexible joint made according to the present invention, compared to a method with a solder bump.
Bei der vorliegenden Erfindung tritt keine Kontamination durch Blei auf.at The present invention does not lead to contamination by lead on.
Die vorliegende Erfindung erfordert keine zusätzliche Goldschicht, die als Trennschicht aufgebracht werden muss, sodass sich ein einfaches und billiges Herstellungsverfahren ergibt.The The present invention does not require an additional layer of gold known as Separation layer must be applied, so that a simple and cheap manufacturing process results.
Die Erfindung ermöglicht eine Ausrichtung mit deutlich höherer Präzision aufgrund der Verwendung der fotolithografischen Technik, sodass eine höhere Genauigkeit erreicht wird.The Invention allows an alignment with significantly higher precision due to the use of the photolithographic technique, so a higher one Accuracy is achieved.
Mit der Erfindung kann ein integriertes miniaturisiertes Planar-Verfahren mit Selbstmontage ausgeführt werden.With The invention may be an integrated miniaturized planar method with self-assembly executed become.
Es gibt gemäß der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung hinsichtlich der miniaturisierten Größe.It gives according to the present Invention no limitation in terms of miniaturized size.
Ferner sollen die Vorteile und Gegenargumente einer elastischen Polyimid-Verbindung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde, mit einem Fotolack-Verfahren verglichen werden.Further the advantages and counter-arguments of a polyimide elastic compound according to the present Invention was formed compared with a photoresist method become.
Obwohl fotosensitive Polyimide und ein Fotolack jeweils als Polymermaterialien einzuordnen sind, hat Polyimid eine größere Oberflächenspannungskraft, die in einem größeren Anstellwinkel bei einer gleichen Mikrostrukturschicht resultiert. Infolgedessen besteht bei der vorliegenden Erfindung nicht das Bedenken, dass die elastische Verbindung durch eine Lösung in Isopropylalkohol IPA geschädigt wird.Even though photosensitive polyimides and a photoresist each as polymer materials To be classified, polyimide has a larger surface tension force in a larger angle of attack results in a same microstructure layer. Consequently There is no concern in the present invention that the elastic compound by a solution in isopropyl alcohol IPA damaged becomes.
Da der fotosensitive dünne Film aus Polyimid besser einer organischen Lösung widersteht, kann sie zu einem billigen Nassätzungsverfahren herangezogen werden. Aus diesem Grunde sind die Herstellungskosten gemäß der Erfindung relativ niedrig.There the photosensitive thin Polyimide film better resists an organic solution, it can a cheap wet etching process be used. For this reason, the production costs according to the invention relatively low.
Zusammengefasst, können mit der Erfindung das Herstellungsverfahren vereinfacht, die Kosten erniedrigt und die Nachteile überwunden werden, die bei einer elastischen Verbindung auftreten, die durch eine Lötperle oder einen Fotolack hergestellt wurde.Summarized, can simplified with the invention, the manufacturing process, the cost humiliated and overcome the disadvantages which occur in an elastic connection through a solder ball or a photoresist was made.
Darüber hinaus
beeinflussen, wie in
Die tatsächlichen Ergebnisse aufgrund eines Experiments des fotosensitiven dünnen Filmes aus Polyimid mit einer Dicke von 20 μm sind wie folgt.The actual Results due to an experiment of the photosensitive thin film of polyimide having a thickness of 20 μm are as follows.
Die
mit einem Muster versehene Mikrostrukturschicht
Das Anheben beziehungsweise Anstellen der Mikrostruktur erfolgt graduell, wenn die Reflow-Temperatur des Polyimids 380°C und mehr erreicht.The Raising or hiring the microstructure is gradual, when the reflow temperature of the polyimide reaches 380 ° C and more.
Gemäß den experimentellen
Ergebnissen ist der Anstellwinkel bei einer Reflow-Temperatur von 405°C größer als
bei 380°C,
jedoch ist die Streckung bei 405°C
lediglich die Hälfte
derjenigen bei 380°C oder
sogar geringer. Dies liegt an der Tatsache, dass der dünne Film
aus fotosensitivem Polyimid extrem bei 405°C (oder höher) kontrahiert, wodurch die
Breite des Polyimids kleiner als der Spalt zwischen dem beweglichen
Teil und dem stationären
Teil der Mikrostrukturschicht
In unseren Experimenten konnte gezeigt werden, dass die optimale Reflow-Temperatur der elastischen Verbindung auf Polyimid-Basis 380°C ist.In Our experiments showed that the optimal reflow temperature of the elastic Polyimide-based compound 380 ° C is.
Mithilfe der oben geschilderten Herstellungsschritte können mit der vorliegenden Erfindung viele Nachteile gegenüber einer elastischen Verbindung mit einer Lötperle oder einem Fotolack gelöst werden und diese extensiv bei der Selbstmontage-Technologie in verschiedenen auf Miniaturisierung gerichteten Industrien angewendet werden. Dementsprechend ist die Erfindung nicht nur neu und fortschrittlich, sondern hat auch eine gewerbliche Anwendbarkeit.aid The above-described manufacturing steps can be achieved with the present invention many disadvantages compared to an elastic connection with a solder bump or a photoresist solved These are extensively used in self-assembly technology in a variety of miniaturization applied industries. Accordingly, the Invention not only new and progressive, but also has one industrial applicability.
Die Erfindung kann zum Beispiel zur Herstellung eines Mikroventilators verwendet werden; ferner sind Selbstmontagen für die Einfügung eines Mikrochips, für die Selbstmontage eines Scratch-Antrieb-Aktuators, eines optischen Mikrobank chips, eines optischen Mikroschalters oder bei passiven Mikroanordnungen, wie der Herstellung einer Mikrodrosselspule oder eines Mikrokondensators denkbar.The For example, the invention may be used to make a micro fan be used; Further, self-assembly for the insertion of a microchip, for self-assembly a scratch drive actuator, an optical microbank chip, an optical microswitch or passive microarrays, such as the manufacture of a micro-choke coil or a microcapacitor conceivable.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200710020757 DE102007020757A1 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Polyimide-thin layer manufacturing method for manufacturing e.g. microchip, in industrial application, involves carrying out melting process to achieve contraction of connection and rotation and removal of regions of microstructure layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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---|---|
DE102007020757A1 true DE102007020757A1 (en) | 2008-11-06 |
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ID=39809596
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---|---|---|---|
DE200710020757 Ceased DE102007020757A1 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Polyimide-thin layer manufacturing method for manufacturing e.g. microchip, in industrial application, involves carrying out melting process to achieve contraction of connection and rotation and removal of regions of microstructure layer |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102007020757A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070040229A1 (en) * | 2005-08-17 | 2007-02-22 | Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. | Self-assembly microstructure with polymide thin-film elastic joint |
-
2007
- 2007-05-03 DE DE200710020757 patent/DE102007020757A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070040229A1 (en) * | 2005-08-17 | 2007-02-22 | Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. | Self-assembly microstructure with polymide thin-film elastic joint |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Linderman, R. u.a.: Sensors and Actuators A. Vol. 95, 2002, S. 135-142 * |
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