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Auteur(s)
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Jean-Sébastien DANEL : Ingénieur IEG et ESE - Docteur-Ingénieur (Instrumentation Optique) - Ingénieur au LETI-CEA Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le silicium monocristallin est de plus en plus employé pour la réalisation de nouveaux dispositifs mécaniques ultra-miniaturisés. Cet article vise à décrire certaines des techniques permettant l’obtention de telles structures : usinage chimique, gravure sèche, gravure électrochimique, épitaxie, scellement...
Le micro-usinage (de matériaux cristallins ou non) est fondé sur les techniques de fabrication collective, qui ont permis l’avènement des puces circuits intégrés en les rendant très peu coûteuses. Les puces sont réalisées simultanément, ce qui répartit le coût de fabrication entre toutes les pièces.
Au cours des étapes de fabrication des circuits intégrés en silicium, les technologues ont été amenés à utiliser des procédés d’attaque chimique pouvant conduire à la réalisation de formes tridimensionnelles telles que cavités, trous, pyramides, rainures, hémisphères, poutres en surplomb, membranes... Par la suite, d’autres moyens de gravure, plus complexes se sont développés.
Ce principe d’usiner des formes de très petite taille ou avec des précisions très grandes n’est pas limité au silicium, mais peut s’appliquer à d’autres substrats (quartz, germanium, arséniure de gallium...). Le silicium demeure cependant le principal matériau utilisé, du fait de l’accumulation de connaissances issues des technologies de fabrication des circuits intégrés.
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Silicium
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1. Généralités
1.1 Concept de micromécanique
De nombreux dispositifs mécaniques de très petite taille peuvent être réalisés par combinaison des éléments de base tridimensionnels cités dans l’introduction : vannes, ressorts, miroirs, injecteurs, connecteurs, têtes d’imprimantes, capteurs de force, de pression, accéléromètres et même micromoteurs. C’est le concept de micromécanique.
Les composants micromécaniques ainsi fabriqués peuvent être associés ou interfacés avantageusement, s’ils sont en silicium, avec des circuits micro-électroniques. On arrive ainsi à la notion de microsystèmes, qui, selon certains, annonce une révolution comparable à celle des microprocesseurs. On peut ainsi trouver sur une même puce ou sur un assemblage de puces les trois fonctions fondamentales suivantes : détection de l’information, traitement, action sur le milieu extérieur.
HAUT DE PAGE1.2 Dimensions et tolérance possibles
Les technologies utilisées sont directement issues de la micro-électronique et permettent donc une très grande précision, ainsi que des dimensions très petites, si on le souhaite. Il est ainsi possible d’usiner des poutres de 2 µm de large, 20 µm de haut (et plusieurs millimètres de long si on le souhaite), avec une précision de 0,1 µm sur la largeur des poutres.
On peut aussi usiner des motifs de grandes dimensions (plusieurs centimètres), avec une précision de l’ordre du micromètre.
Dans le domaine des dispositifs micromécaniques, on a souvent des cotes très variables, allant du micromètre au centimètre sur un même dispositif, et on cherche alors à assurer une précision bien inférieure au micromètre sur les motifs les plus fins.
HAUT DE PAGE1.3 Positionnement par rapport aux articles sur l’usinage (chimique, ultrasons, jet de fluide...)
Certaines des techniques évoquées plus loin (gravure chimique) sont identiques dans leur principe à celles décrites dans l’article Usinage chimique. Cet article se préoccupe cependant principalement de gravure de matériaux métalliques et de structure...
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - SEIDEL (H.), CSEPREGI (L.), HEUBERGER (A.), BAUMGÄRTEL (H.) - Anisotropic etching of crystalline...
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