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Ein Flüchtiger Blick in ErweiterungsZukunft LIGAS

durch Dr. Joachim Schulz

Joachim Schulz1,2, Marco Walter1, Pascal Meyer2
1microworks, Deutschland
2Karlsruhe-Fachhochschule (SATZ), Institut der Mikrostruktur-Technologie
Entsprechender Autor: joachim.schulz@micro-works.de

Themen Umfaßt

Zusammenfassung
Einleitung
Ein Versuch, die Eindeutigen Merkmale von LIGA Zu Beschreiben
LIGA Im Laufe Der Jahre angesichts des Markt-Bedarfs
     LIGA und Formteil
     Greifen Sie zu den Synchrotonen zu
     LIGA-Standards
     LIGA-Masken
Microworks Anflug
Schlussfolgerungen

Zusammenfassung

In den letzten Jahrzehnten sind viele Anwendungen vorgeschlagen worden, wie Handels- lebensfähig für LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung (die Lithographie, Galvanisierend und Formen),). Jedoch wurden die meisten ihnen in den Markt über Silikon MEMS oder sogar klassisches Microdrilling und Micromilling gedrückt. Bis jetzt nicht hat eine einzelne Handelsbemühung des röntgenstrahls LIGA sich erweitert und Halterung für akademische LIGA-Mitten verblaßt. Jedoch glauben die Autoren, dass die Stromaufnahme für LIGA-Anwendungen, einschließlich optische Elemente des Röntgenstrahls wie LIGA-Objektive, Präzisionsöffnungen Usw., die Einführung einer zweiten Dämmerung für LIGA ist.

Dieses Papier gibt ein strategischerer als technischer Überblick über die Vergangenheit und die Zukunft von LIGA.

Einleitung

In den neunziger Jahren war LIGA eine Schrittmachertechnologie für MEMS, eingesetzt für viele intelligenten Anlagen wie Beschleunigungsmesser oder optische Einheiten, die mit elektronischen Abfragekreisen integriert wurden. Diese erste LIGA-Übertreibung ergab viele verschiedenen Paradebeispiele, die auf eine eindrucksvolle Art prüften, dass die Technologie sehr vielseitig ist. Sogar micropumps wurden unter Verwendung LIGA gemacht, obwohl diese Art der Anwendung nicht wirklich irgendwelche der eindeutigen Merkmale von LIGA verwendet. Als geurteilt nach ihren Akademieschrift, gingen mehrere dieser LIGA-Anlagen ähnliche Anlagen von konkurrierenden Technologien voran. Noch ist Durchbruch LIGAS auf dem Markt noch nicht geschehen. Warum nicht?

Die offensichtlichsten Gründe sind, dass andere Technologien wie Silikonfeinstmechanik von den großen Firmen gedrückt wurden und dass klassische Technologien wie EDM, Mahlen, Bohrung und dergleichen von vielen mittelständischen Unternehmen gedrückt wurden, um immer schwierigere feine Merkmale zu erzielen. So auf den ersten Blick sieht sie wie nicht genügend Technikbemühung wurde gesetzt in die Förderung Fähigkeiten LIGAS aus.

Öffentliche Einrichtung teilte möglicherweise auch die Schuld: Keine der LIGA-Mitten wurde überhaupt erzwungen, sein Geld auf dem freien Markt zu erwerben. Noch einer Grund wäre möglicherweise, dass LIGA einfach zu schwierig ist, Zeit raubend und teuer. Und schließlich, während andere Technologien haben durchaus ein Bit vorangebracht und haben genügende Komplexität erreicht, um mehr Funktionalität in micropatterned Zellen anzupassen, wird LIGA noch schwer auf im Wesentlichen zwei Abmessungen auf einer Substratfläche mit begrenzten Optionen für einige Maskenniveaus und nur eine Handvoll Materialien eingeschränkt.

Alle oben genannten Argumente tragen etwas Wahrheit. Dennoch ist microworks überzeugt, dass technologische Förderungen LIGAS in den letzten Jahren und der Bedarf des Marktes soviel mergt, dass es Nischen für LIGA gibt. Eine althergebrachte Nische ist microgears. Ein Anderes wird aktuell durch Nachfrage von den Synchrotonen für optische Elemente des Röntgenstrahls angeregt. Andere Beispiele konnten aufgeführt sein.

LIGA-Zelle in Nickel, 1600µm hoch, Längenverhältnis von 160.
LIGA-Zelle in SU8 verwendet, um Röntgenstrahlen zu fokussieren. Die schmalsten Teile sind µm 2 breit und dehnen mehrere Hundert µm unten aus.
LIGA-Zelle im Gold als Absorption, die für Röntgenstrahlen zerreibt. Das Längenverhältnis dieser Zellen ist nahe 50
Abbildung 1. Verschiedene Zellen, die für LIGA typisch sind: Hochaspekt Verhältnisse, Hochpräzision, glatte Seitenwände.

Ein Versuch, die Eindeutigen Merkmale von LIGA Zu Beschreiben

Die vier Stärken, die verwendet wurden, um LIGA in den neunziger Jahren zu fördern, werden schnell ausgedruckt:

  1. Hoch-Aspekt Verhältnis
  2. Hohe Seitenwandqualität/niedrig -rauheit
  3. Extreme Präzision
  4. Beenden Sie 2-D Freiheit

Am Anfang waren diese vier Punkte genügend, relevante Spieler im Technologiescreening, von den Regierungen zu den größeren Firmen wie IBM und zu Bosch, zum Blick in LIGA zu überzeugen. Der Antrieb für mehr Miniaturisierung war offensichtlich; im Silikon jedoch. mit seinen schweren Beschränkungen nur Massenmicromachining war erhältlich.

Und fast als schnell, könnte man ausdrucken, wie diese Stärken im Laufe der Jahre stolperten. Hoch-Aspekt Verhältnisse von sagen wir 20 an der vollständig freien 2D Geometrie können durch DRIE im Silikon jetzt leicht fabriziert werden; diese Technologie kann zur hohen Seitenwandqualität auch justiert werden, und, nötigenfalls, kann das Cryoetching angewandt sein.

Extreme Präzision ist immer für LIGA behauptet worden, aber ein Verfahren, zum es zu prüfen ist erst vor kurzem entwickelt worden. Die Ergebnisse sind bis jetzt nicht entscheidend.

Dann gibt es UV-LIGA, die das Potenzial von SU8 widersteht, um fast alles zu fabrizieren ausnutzt, das die folgenden Anforderungen befestigt: +/--2 µm Präzision, weniger µm als 800 in der Höhe und gemacht vom Nickel oder Nickel-phosphorig als Material. Diese Technologie wurde ausgezeichnet auf den Markt durch mimotec in die Schweiz gebracht und anscheinend ließ wenig Raum für Röntgenstrahl LIGA. Andererseits ist es Erfolg zeigt offenbar, dass LIGA eine wettbewerbsfähige Technologie ist. Ein positiver Aspekt für Röntgenstrahlbefürworter: Aussetzung zu den Röntgenstrahlen macht die Prozesskette teurer, aber nur durch 30 bis 50%.

Es gibt noch eine andere Nische für LIGA-Technologie unserer Meinung nach: die parallele Massenfälschung von kleinen Zellen mit Hochaspekt Verhältnissen. Diese sind gewöhnlich gekleidete Zellen, die über relativ großen Längen oder Bereichen zusammenarbeiten. Ein gutes Beispiel ist die Röntgenstrahlobjektive, die am SATZ (zentrale Abbildung oben) neuentwickelt waren, wo der Fokussierungsbereich jedes Objektivs sehr klein ist. Jedoch wenn Hunderte von ihnen neben einander gelegt werden, kann der Effekt gut ausgenutzt werden.

Was ist erforderliche Heldentat die Nische für mögliche Märkte? Wir versuchen, dieses im nächsten Abschnitt zu beantworten.

LIGA Im Laufe Der Jahre angesichts des Markt-Bedarfs

Eine ausgezeichnete Zusammenfassung von LIGA ist in einem ziemlich neuen Buch, in LIGA und in seinen Anwendungen (Saile et al. 2009) gegeben worden1. Das Buch kennzeichnet offenbar LIGA als leistungsfähiges Hilfsmittel für die Herstellung von ausgezeichneten Mikrostrukturen. In diesem Kapitel versuchen wir, diese Ergebnisse nach Ansicht eines Kleinunternehmens auszuwerten, microworks. Die Hauptkriterien sind: die Zeit, die vor den ersten Teilen mit einbezogen wird, werden produziert; Beweis des Wertvorschlags durch Standards; sowie Kostenfaktoren.

Viele Aspekte von LIGA-Technologie sind in den letzten zehn Jahren, überwiegend als Teil regierungsfinanzierter R&D-Projekte angesprochen worden. Ihre Ziele sind gewöhnlich, eine Neunutzung zu kennzeichnen, die LIGA-Prozesskette anzupassen und erste Teile zu machen gewesen. Wenige Projekte haben sich auf das Ansprechen von technologischen Aspekten des LIGA-Prozesses konzentriert. In dieser Hinsicht ist microworks für die Deutsche Regierungsunterstützung von FELIG und2 von INNOLIGA dankbar3, hingegen FELIG auf die Automatisierung des Prozesses und des INNOLIGA auf dem Sicherstellen der Zuverlässigkeit eines Widerstehung sich konzentrierte, das auf der gleichen grundlegenden Chemie wie SU8 basierte.

LIGA und Formteil

In der allerersten Veröffentlichung auf LIGA, schlug Becker4 et al. vor, als die Methode zu formen, Massenfälschung anzustreben. Vom heutigen Gesichtspunkt ist die Technologie, die eingesetzt wird, um Formeinlagen zu machen, noch unzuverlässig, die es hart, Lieferfristen zu den Abnehmern zu garantieren macht. Wichtiger ist jedoch, dass die Hauptmerkmale, die LIGA attraktiv halten, im Wesentlichen unmöglich, im Formteil beizubehalten sind: Hochaspekt Verhältnisse, viele Merkmale auf der Substratfläche und hohe Präzision. Das Ganzes dies gilt für Spritzen besonders, während die heiße Prägung nicht das erwartete drastische produziert, Vorteil über direktem LIGA zu kosten. Andererseits ist der Prozess, zum von geformten Zellen als Formular zu verwenden, um Metall zu galvanisieren nie erfolgreich demonstriert worden.

Es gibt eine andere Anzeige, dass LIGA-Formteilhilfsmittel nicht Handels- lebensfähig sind: mimotec SA in der Schweiz fing Ende der neunziger Jahre an, die Haupt- Formeinlagen machen. Heute bilden diese weniger als 10% ihres Geschäfts, während 90% die direkte Herstellung von LIGA-Metallteilen ist.

Greifen Sie zu den Synchrotonen zu

Ein Hauptengpaß für Röntgenstrahl LIGA ist praktisch im Laufe der Jahre verschwunden: die Verfügbarkeit der Synchrotronstrahlung. Erhöhte Verfügbarkeit war ein bedeutender Schritt hin zu In der Lage sein, Lieferfristen zuverlässig sich zu treffen.

Einige Synchrotone bieten jetzt das automatisierte Beispielhandhaben und -maße in der Proteinkristallographie an einem hohen Maß Standardisierung an, das für LIGA-Berührungen möglich auch sein sollte. Da die LIGA-Technik mehr als gerade Berührungen miteinbezieht, ist sie leider noch nicht die, die einfach ist, einen Prozess von einem Synchroton auf andere zu übertragen. Der Zweitlieferantpunkt ist deshalb noch nicht vollständig gelöst worden, aber genügende Argumente sind zur Hand, dass dieses ein Problem nicht in Bezug auf mögliche große Ordnungen aufwirft.

LIGA-Standards

Ron Lawes und andere haben bei einigen HARMST-Konferenzen in vielen Jahren, dass die verschiedenen LIGA-Gruppen sich über eine Auslegung einig sein müssen, ein Prozess und ein Set gemessen zu werden argumentiert Eigenschaften, vielleicht, indem er verschiedene Methoden anwendete, Zellen machte und die Ergebnisse aller Gruppen verglich. Leider ist dieses nie aufgetreten. Möglicherweise sah der typische Forscher keine R&D-Belohnung, wenn er immer wieder die gleiche Sache tat; auch alle LIGA-Gruppen sind im Wettbewerb mit einander gewesen.

Infolgedessen wenn sie heute gefragt wird, welche Bedingungen LIGA wirklich erzielen kann, hat die Gemeinschaft keine Antwort betreffend Präzision, maximale Längenverhältnisse, Seitenwandrauheit, Vertikalität Usw. Was wir jedoch haben ist eine Situation, in der alle Haupteffekte, die produzieren, nicht-ideale Ergebnisse gekennzeichnet worden sind, und diese Effekte können durch typische Technikanflüge normalerweise herabgesetzt werden.

LIGA-Masken

Unserer Meinung nach liegen hier die schwersten Fehlbeträge der letzten Jahrzehnte: Während andere Stapeltechnologien sich von 4 Inch bis 6 - und 8 - oder sogar von den 12-Zoll- Wafers bewegt haben, LIGA noch mit Titanmembranen 20x602 mm (SATZ), den Silikonnitridmembranen2 30x30 mm (CAMD und HTmicro) und 83-mm-den runden Graphitmembranen arbeitet (CAMD und BESSY). Auch einige ausfallen Projekte versuchten, Beryllium für seine offensichtlichen Vorteile in den Röntgenstrahlanwendungen zu verwenden5.

Der Haupt- Grund für größere Bereiche ist der Kostenfaktor für DRIE, UV-LIGA und dergleichen gewesen. Dieser Punkt musste durch irgendwelche der LIGA-Mitten nie angesprochen werden. Jedoch argumentieren wir, dass die Hauptmotivationen für sich entwickelndes großes Gebiet LIGA seine Kompatibilität mit anderen Technologien und der Option, zum von großen Anlagen herzustellen sind.

Was erzielt worden ist, ist, dass die Maske-Herstellung im Verbindung mit besserem Zugriff zur Trägerzeit realiable geworden ist und beträchtlich kürzere Zeiten für die Entwicklung von ersten Produkten aktiviert. Jedoch sind zwei Iterationen einer neuen Auslegung in den meisten Fällen noch notwendig, und die nimmt noch mehr als sechs Monate.

Was für jede zukünftige Perspektive für LIGA erzielt werden muss, ist eine Zunahme des Maskenbereiches ohne oder praktisch keines Kompromisses zur strukturellen Qualität.

Microworks Anflug

Von Anfang an ist unser Auftrag, ein führender LIGA-Hersteller zu werden gewesen. Es ist nie guten „Geschäftsgründe“ gewesen, weil andernfalls wir nicht die ersten solche Bemühung in Europa gewesen sein würden. Wir haben nach anderen Herstellungsgelegenheiten auch gesucht, und innerhalb eines Jahres oder so, wurden einige Projekte erworben. Eine Effektenbestandanalyse ist für ein Kleinunternehmen wie microworks ziemlich selten, aber sie hilft uns, unseren Fokus zu halten. Die Abbildung schaute, tatsächlich die Methode sehr verschieden, die im Jahre 2008 zu verschieden ist. Eine Umstrukturierung unserer Projekte, nicht zuletzt erzwungen durch die Finanzkrise, lässt microworks jetzt ziemlich unterschiedlich schauen.

Abbildung 2. Effektenbestand der Projekte der microworks Ende 2008. Die Ellipsengröße gibt ungefähr den Gesamtprojektwert, und die Farbe zeigt die technologischen Gefahren an, die mit den technologischen Anforderungen verbunden sind (von Tief zu hohes Risiko: dunkelgrau, hellgrau, grün, gelb, orange).
Abbildung 3. Selben wie Fig. 2 aber 2010. Die Unterschiede zu 18 Monate früher können zusammengefasst werden, wie folgt: wir stimmten zu, einem ein wenig höheren Grad an technologischen Gefahren im Durchschnitt aber beendeten risikoreiche Projekte mit niedrigem Nutzen, hinzufügten ein Schlüssel-R&D-Projekt (in Zusammenarbeit mit SATZ) und hielten Unternehmen mit hoher Liquiditätsreserve.

Der Unterschied wird offensichtlicher, wenn wir einen anderen Effektenbestandplan nach Wheelright und Clark betrachten6. Wir überspringen die Wolkenabbildung des Status Ende 2008 und zeigen nur, wie Sachen wie heute aussehen:

Abbildung 4. microworks setzte sich in Bezug auf die Vielfalt seiner Projekte um. Ein zentrales R&D-Projekt, mit der Unterstützung vom Zustand von Baden-Württemberg, wird dargelegt, um Maskengrößen drastisch zu erhöhen. Alle weiteren Projekte, die in aktuelle Plattformen gepasst werden oder, umfassen nur geringfügige Änderungen.

Das bedeutende R&D-Projekt konzentriert sich auf die Maske-Herstellung, mit Betonung auf das Suchen nach einer Methode, Masken des großen Gebiets zu erreichen. Leider können wir nicht über diese Aspekte heute berichten, da eine Patentanmeldung noch im Gang ist. Aber wir können sagen, dass, wenn wir erfolgreich sind, wir in der Lage sind, zu den großen Gebieten sehr voranzubringen, sagen über 10 Inches hinaus und halten noch die Option des Kopierens der Masken in einem Eträger.

Schlussfolgerungen

Im Laufe der Jahre haben einige COMS- und HARMST-Konferenzen ausgezeichnete Beiträge von LIGA-Experten auf den Förderungen dieser Technologie gesehen. Eine Handels- erfolgreiche Firma ist nicht noch erschienen. Wir haben in diesem Beitrag argumentiert, dass die Größenbeschränkungen der hohen Präzision, Röntgenstrahlmasken e-Träger-geschrieben ein Begrenzungsfaktor nicht nur in Bezug auf Kosten aber auch in Bezug auf Einheitsgröße und Kompatibilität mit anderen Technologien gewesen sind. Diese Größenbeschränkungen Zu Lösen ist die Schlüsselfrage während der Zukunft von LIGA-Technologie. Wir haben auch argumentiert, dass die strategische Positionierung möglicherweise der Projekte der microworks zusammen mit einer möglichen Lösung zum Maskenproblem zu Handels- lebensfähigen Röntgenstrahl LIGA führt.


Bezüge

  1. LIGA und seine Anwendungen; V. Saile, U. Wallrabe, O. Tabata, J.G. Korvink (Eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  2. FELIG: Für Modulare Fertigungsstraße Mikrobauteile-über Röntgentiefenlithographie-und Galvanik; Projekt finanziert durch das Deutsche Erziehungsministerium und die Forschung, 2005 bis 2009; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (auf Deutsch)
  3. INNOLIGA: Innovativ Widerstehen Sie und Direktem-LIGA-Technologieentwicklung für eine, das mietbares Fertigungsmethode-für LIGA-Präzisionsteilefür KMUs MIT-einem stabil Röntgen-Negativresist arbeitenden; Stehen Sie finanziert durch das Deutsche Erziehungsministerium und die Forschung, Unterzahl des vertrages 2007 bis 2010 16SV3522 vor
  4. E.W. Becker, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner und D. Muenchmeyer, „Fälschung von Mikrostrukturen mit Hoch-Aspekt Verhältnissen und Großen Strukturellen Höhen durch Synchrotronstrahlungs-Lithographie, von Galvanoforming und von PlastikFormteil (LIGA-Prozess),“ Mikroelektronische Technik, Vol. 4, S. 35ff, 1986.
  5. Sehen Sie den Artikel durch Jost Göttert in: LIGA und seine Anwendungen; Volker Saile, Ulrike Wallrabe, Osamu Tabata, Jan. G. Korvink (Eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  6. „Projektpläne Erstellend, um Produktentwicklung zu fokussieren“, Wiederholen S. Wheelright, K. Clark, Harvard Business März/April 1992 S. 2-14

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org

Date Added: Jan 23, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:12

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