التكنولوجيا الدقيقة

التكنولوجيا الدقيقة هي تكنولوجيا تتميز بخصائص ذات أبعاد في حدود الميكرومتر الواحد (جزء من مليون من المتر، أو 10⁻⁶ ^متر ، أو 1 ميكرومتر). ^{[ 1 ]} وهي تركز على العمليات الفيزيائية والكيميائية، بالإضافة إلى إنتاج أو معالجة الهياكل ذات الحجم الميكرومتري الواحد. ^{[ 2 ]}

في حوالي عام 1970، اكتشف العلماء أنه من خلال ترتيب أعداد كبيرة من الترانزستورات المجهرية على شريحة واحدة، يمكن بناء دوائر إلكترونية دقيقة تُحسّن الأداء والوظائف والموثوقية بشكل كبير، مع خفض التكلفة وزيادة الحجم. وقد أدى هذا التطور إلى ثورة المعلومات .

في الآونة الأخيرة، اكتشف العلماء إمكانية تصغير الأجهزة الميكانيكية وتصنيعها بكميات كبيرة، ليس فقط الأجهزة الكهربائية ، بل أيضاً الأجهزة الميكانيكية، مما يبشر بفوائد مماثلة لتلك التي قدمتها تقنية الدوائر المتكاملة للعالم الكهربائي. فبينما تُشكل الإلكترونيات اليوم "العقول" للأنظمة والمنتجات المتطورة، يمكن للأجهزة الميكانيكية الدقيقة أن توفر أجهزة الاستشعار والمحركات - كالعينين والأذنين واليدين والقدمين - التي تتفاعل مع العالم الخارجي .

تُعدّ الأجهزة الميكانيكية الدقيقة اليوم مكونات أساسية في مجموعة واسعة من المنتجات، مثل الوسائد الهوائية للسيارات ، وطابعات نفث الحبر، وأجهزة قياس ضغط الدم ، وأنظمة العرض الضوئي. ويبدو جلياً أن هذه الأجهزة ستصبح في المستقبل القريب منتشرة على نطاق واسع كالأجهزة الإلكترونية. كما أصبحت عملية التصنيع أكثر دقة، مما أدى إلى تقليص أبعاد هذه التقنية إلى نطاق دون الميكرومتر، كما يتضح في حالة الدوائر الكهربائية الدقيقة المتقدمة التي وصلت أبعادها إلى أقل من 20  نانومتر. ^{[ 3 ]}

صِيغَ مصطلح MEMS ، اختصارًا لـ "الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة"، في ثمانينيات القرن الماضي لوصف أنظمة ميكانيكية متطورة جديدة على رقاقة، مثل المحركات الكهربائية الدقيقة، والمرنانات، والتروس، وما إلى ذلك. واليوم، يُستخدم مصطلح MEMS عمليًا للإشارة إلى أي جهاز مجهري ذي وظيفة ميكانيكية، يُمكن تصنيعه بكميات كبيرة (على سبيل المثال، تُعتبر مجموعة من التروس المجهرية المصنعة على رقاقة دقيقة جهاز MEMS، بينما لا يُعتبر دعامة صغيرة مصنعة بالليزر أو مكون ساعة كذلك). في أوروبا، يُفضّل استخدام مصطلح MST (اختصارًا لـ "تقنية الأنظمة الدقيقة")، وفي اليابان يُشار إلى MEMS ببساطة باسم "الآلات الدقيقة". الفروقات بين هذه المصطلحات طفيفة نسبيًا، وغالبًا ما تُستخدم بشكل متبادل.

على الرغم من تصنيف عمليات تصنيع الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) عمومًا إلى عدة فئات، مثل تشكيل الأسطح ، والتشكيل الكتلي، وLIGA ، و EFAB ، إلا أن هناك بالفعل آلافًا من عمليات MEMS المختلفة. بعضها ينتج أشكالًا هندسية بسيطة نسبيًا، بينما يوفر البعض الآخر أشكالًا ثلاثية الأبعاد أكثر تعقيدًا ومرونة أكبر. على سبيل المثال، ستحتاج شركة تصنع مقاييس تسارع للوسائد الهوائية إلى تصميم وعملية مختلفين تمامًا لإنتاج مقياس تسارع للملاحة بالقصور الذاتي. أما الانتقال من مقياس تسارع إلى جهاز قصور ذاتي آخر، مثل الجيروسكوب، فيتطلب تغييرًا أكبر في التصميم والعملية، وغالبًا ما يتطلب منشأة تصنيع وفريقًا هندسيًا مختلفين تمامًا.

أثارت تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) حماسًا كبيرًا نظرًا لنطاق تطبيقاتها الواسع والمهم، حيث توفر أداءً وموثوقيةً لم يسبق لهما مثيل. في عصرٍ يتجه فيه كل شيء نحو التصغير والسرعة والتكلفة المنخفضة، تُقدم MEMS حلًا واعدًا. وقد كان لها بالفعل تأثيرٌ بالغٌ على بعض التطبيقات، مثل أجهزة استشعار السيارات وطابعات نفث الحبر. وتُعد صناعة MEMS الناشئة سوقًا بمليارات الدولارات، ومن المتوقع أن تنمو بسرعة لتصبح إحدى الصناعات الرئيسية في القرن الحادي والعشرين. وقد توقعت مجموعة Cahners In-Stat أن تصل مبيعات MEMS إلى 12 مليار دولار بحلول عام 2005. وتتوقع مجموعة NEXUS الأوروبية إيراداتٍ أكبر، باستخدام تعريفٍ أشمل لتقنية MEMS.

تُصنع التقنيات الدقيقة غالبًا باستخدام الطباعة الضوئية . تُركز الموجات الضوئية من خلال قناع على سطح ما، فتُصلّب طبقة كيميائية. تُزال الأجزاء الرخوة غير المعرضة للضوء من هذه الطبقة بالغسل، ثم يُزال الجزء غير المحمي باستخدام حمض .

يُعدّ اختراع الدوائر المتكاملة أشهر إنجازات التكنولوجيا الدقيقة . كما استُخدمت هذه التقنية في بناء الآلات الدقيقة . وانطلاقًا من مساعي الباحثين لتصغير التكنولوجيا الدقيقة، ظهرت تقنية النانو في ثمانينيات القرن العشرين، لا سيما بعد ابتكار تقنيات مجهرية جديدة. ^{[ 4 ]} وقد أنتجت هذه التقنيات موادًا وهياكل  بأبعاد تتراوح بين 1 و100 نانومتر. ^{[ 4 ]}

تم تصنيع العناصر التالية على مقياس 1 ميكرومتر باستخدام تقنية الطباعة الضوئية:

• الإلكترونيات :
  • المكثفات
  • الثنائيات
  • المقاومات
  • أجهزة الاستشعار
  • صمامات حرارية أيونية
  • الترانزستورات
  • أسلاك
• الآلات :
  • المحامل
  • المحركات الكهربائية
  • تروس
  • مفصلات
  • الروافع
• علم السوائل :
  • القنوات
  • مضخات
  • التوربينات
  • الصمامات

• التصنيع الدقيق

• معهد أبحاث الآلات الدقيقة والتصنيع الدقيق في جامعة سيمون فريزر