Un Vistazo en el Futuro de Prosperidad de LIGA

por el Dr. Joaquín Schulz

Joaquín Schulz1,2, Marco Gualterio1, Pascal Meyer2
1microworks, Alemania
2Instituto de Tecnología de Karlsruhe (CONJUNTO), Instituto de la Tecnología de la Microestructura
Autor Correspondiente: joachim.schulz@micro-works.de

Temas Revestidos

Extracto
Introducción
Una Tentativa De Describir las Características Únicas de LIGA
LIGA A lo largo de los años debido a Necesidades del Mercado
     LIGA y Moldura
     Llegue Hasta a los Sincrotrones
     Patrones de LIGA
     Máscaras de LIGA
La Aproximación de Microworks
Conclusiones

Extracto

Durante las últimas décadas, muchas aplicaciones se han propuesto como comercialmente viables para LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung (Litografía, Electrochapando, y Moldeando)). Sin Embargo, la mayor parte de fueron activadas en el mercado vía el silicio MEMS o aún el microdrilling clásico y el micromilling. Hasta la fecha, no un único esfuerzo comercial de la radiografía LIGA ha prosperado y el soporte para los centros académicos de LIGA se está desvaneciendo. Sin Embargo, los autores creen que la demanda actual para las aplicaciones de LIGA, incluyendo elementos ópticos de la radiografía tales como LIGA-lentes, aperturas Etc. de la precisión, es el advenimiento de un segundo amanecer para LIGA.

Este papel dará un más estratégico que la reseña técnica del pasado y del futuro de LIGA.

Introducción

En los años 90, LIGA era una tecnología de los marcapasos para MEMS, usada para muchos sistemas elegantes tales como sensores de la aceleración o dispositivos ópticos integrados con los circuitos de lectura electrónicos. Este primer bombo de LIGA dio lugar a muchas diversas obras estrella que probaron de una manera impresionante que la tecnología es muy versátil. Incluso los micropumps fueron hechos usando LIGA, aunque esta clase de aplicación no utiliza realmente características únicas unas de los de LIGA. Cuando estaban juzgada a partir de sus fechas de la publicación académica, varios de estos sistemas de LIGA precedieron sistemas similares de tecnologías competentes. Con Todo el descubrimiento de LIGA en el mercado todavía no ha suceso. ¿Por Qué no?

Las razones más evidentes son que otras tecnologías tales como micromecánica del silicio fueron activadas por las compañías grandes, y que las tecnologías clásicas tales como EDM, el fresar, perforando y similares fueron activadas por muchas pequeñas y medianas compañías para lograr aún más características finas estimulantes. Parece Tan a primera vista no suficiente esfuerzo de ingeniería fue puesto en el adelanto de las capacidades de LIGA.

Las instituciones Públicas pudieron también compartir la culpa: No se forzó Ningunos de los centros de LIGA nunca a ganar su dinero en el mercado libre. Otra razón pudo ser que LIGA es simple demasiado complicado, que toma tiempo y costoso. Y finalmente, mientras que otras tecnologías han avance muy un dígito binario y han alcanzado suficiente complejidad para acomodar más funciones en estructuras micropatterned, LIGA todavía se restringe seriamente a esencialmente dos dimensiones en un substrato con las opciones limitadas para varios niveles de la máscara y solamente un puñado de materiales.

Todos los argumentos antedichos soportan una cierta verdad. Sin Embargo, se convencen los microworks de que los adelantos tecnológicos de LIGA estos últimos años y las necesidades del mercado se están combinando tanto que habrá lugares para LIGA. Un prolongado lugar es microgears. Otro está siendo estimulada actualmente por demanda de los sincrotrones para los elementos ópticos de la radiografía. Otros ejemplos podían ser mencionados.

Estructura de LIGA en el níquel, el 1600µm alto, relación de aspecto de 160.
Estructura de LIGA en SU8 usado para enfocar radiografías. Las piezas más estrechas son el µm 2 de par en par y extienden varios cientos el µm hacia abajo.
Estructura de LIGA en oro como amortiguación que ralla para las radiografías. La relación de aspecto de estas estructuras está cerca de 50
Cuadro 1. Diversas estructuras que es típico para LIGA: relaciones de transformación del alto-aspecto, flancos de alta precisión, lisos.

Una Tentativa De Describir las Características Únicas de LIGA

Las cuatro puntas fuertes que fueron utilizadas para ascender LIGA en los años 90 se enumeran rápidamente:

  1. relación de transformación del Alto-Aspecto
  2. Altas calidad/bajo tosquedad del flanco
  3. Precisión Extrema
  4. Termine la 2.a libertad

Al principio, estas cuatro puntas eran suficientes convencer a jugadores relevantes en la investigación de la tecnología, de gobiernos a compañías más grandes como IBM y Bosch, a la mirada en LIGA. El mecanismo impulsor para más miniaturización era evidente; en silicio, sin embargo. solamente el micromachining a granel con sus restricciones severas estaba disponible.

Y casi como rápidamente, uno podría enumerar cómo se vinieron abajo estas puntas fuertes a lo largo de los años. las relaciones de transformación del Alto-Aspecto de, por ejemplo, 20 en la 2.a geometría totalmente libre se pueden ahora fabricar fácilmente por DRIE en silicio; esta tecnología se puede sintonizar a la alta calidad del flanco también, y, en caso necesario, el cryoetching puede ser aplicado.

La precisión Extrema se ha reclamado siempre LIGA, pero una metodología para probarlo se ha desarrollado solamente recientemente. Los resultados no son hasta ahora concluyentes.

Entonces hay UV-LIGA, que explota el potencial de SU8 resiste para fabricar casi cualquier cosa que ajusta los requisitos siguientes: +/--2 precisión del µm, menos µm de 800 en altura, y hecho del níquel o níquel-fosforado como material. Esta tecnología fue comercializada excelente por el mimotec en Suiza, saliendo al parecer de poco sitio para la radiografía LIGA. Por otra parte, es éxito muestra sin obstrucción que LIGA es una tecnología competitiva. Un aspecto positivo para los autores de la radiografía: la exposición a las radiografías hace el encadenamiento de proceso más costoso, pero solamente por 30 al 50%.

Todavía hay otro lugar para la tecnología de LIGA en nuestra opinión: la fabricación en masa paralela de estructuras minúsculas con relaciones de transformación del alto-aspecto. Éstas son las estructuras típicamente puestas en orden que trabajan juntas sobre longitudes o áreas razonablemente grandes. Un buen ejemplo es los lentes de la radiografía que eran recientemente desarrollados en el CONJUNTO (retrato central arriba), donde está muy pequeño el rango de enfoque de cada lente. Sin Embargo, cuando los centenares de ellos se colocan uno al lado del otro, el efecto puede ser explotado bien.

¿Cuál es la hazaña necesaria el lugar para los mercados potenciales? Intentaremos contestar a esto en la sección siguiente.

LIGA A lo largo de los años debido a Necesidades del Mercado

Un resumen excelente de LIGA se ha dado en un libro bastante reciente, LIGA y sus Aplicaciones (Saile y otros 2009)1. El libro determina sin obstrucción LIGA como herramienta potente para hacer microestructuras excelentes. En esta sección, intentaremos evaluar estas conclusión desde el punto de vista de una empresa pequeña, microworks. Las consideraciones principales son: el tiempo implicado antes de las primeras piezas se produce; prueba del asunto del valor con patrones; así como factores de costo.

Muchos aspectos de la tecnología de LIGA se han dirigido durante la última década, predominante como parte de proyectos financiados por el estado del R&D. Sus metas han sido típicamente determinar un nuevo uso, adaptar el encadenamiento del proceso de LIGA y hacer las primeras piezas. Pocos proyectos se han centrado en la dirección de los aspectos tecnológicos del proceso de LIGA. A este respecto, los microworks son agradecidos para el soporte de gobierno Alemán de FELIG2 y de INNOLIGA3, por el que FELIG se centrara en la automatización del proceso y del INNOLIGA en asegurar la confiabilidad de un resistir basado en la misma química básica que SU8.

LIGA y Moldura

En la primera publicación en LIGA, Becker y otros4 sugirió el moldear como la manera de ir para la fabricación en masa. Desde punto de vista de hoy, la tecnología usada para hacer los separadores de millares del molde es todavía no fiable, que hace duro garantizar fechas de expedición a los clientes. Más importante, sin embargo, es que las características excepcionales que mantienen LIGA atractivo son esencialmente imposibles de conservar en la moldura: relaciones de transformación del alto-aspecto, muchas características en el substrato y alta precisión. Todo El esto es determinado verdad para el moldeo a presión, mientras que el grabar caliente no produce el drástico previsto para costar ventaja sobre LIGA directo. Por otra parte, el proceso para utilizar las estructuras moldeadas como formulario para electrochapar el metal nunca se ha demostrado con éxito.

Hay otra indicación que las herramientas de la moldura de LIGA no son comercialmente viables: mimotec SA en Suiza comenzó a finales de los años 90 que hacían sobre todo los separadores de millares del molde. Hoy, éstos componen menos el de 10% de su asunto, mientras que el 90% es la fabricación directa de las piezas de metal de LIGA.

Llegue Hasta a los Sincrotrones

Un atascamiento principal para la radiografía LIGA ha desaparecido virtualmente a lo largo de los años: la disponibilidad de la radiación de sincrotrón. La disponibilidad Creciente era un paso de progresión importante hacia poder resolver seguro fechas de expedición.

Algunos sincrotrones ahora ofrecen la manipulación y mediciones automatizadas de la muestra en cristalografía de la proteína en un alto nivel de estandarización, que debe ser posible para las exposiciones de LIGA también. Puesto Que la técnica de LIGA implica más que apenas exposiciones, lamentablemente todavía no es ésa fácil transferir un proceso a partir de un sincrotrón a otro. La edición de la segunda fuente por lo tanto todavía se ha resuelto totalmente, pero los suficientes argumentos son as mano que éste no planteará un problema en cuanto a pedidos grandes potenciales.

Patrones de LIGA

Ron Lawes y otros ha sostenido en varias conferencias de HARMST durante muchos años que los diversos grupos de LIGA necesitan estar de acuerdo con un diseño, un proceso y un conjunto de propiedades que se medirán, posiblemente usando los métodos diferentes, haciendo las estructuras y comparando los resultados de todos los grupos. Lamentablemente, esto nunca ha ocurrido. Quizás el investigador típico no vio ninguna recompensa del R&D en hacer la misma cosa repetidamente; también, todos los grupos de LIGA han estado en competición con uno a.

Como consecuencia, si está preguntada hoy qué pliegos de condiciones LIGA puede lograr real, la comunidad no tiene ninguna respuesta con respecto la precisión, las relaciones de aspecto máximas, la tosquedad del flanco, a la verticalidad Etc. Qué tenemos, sin embargo, es una situación en la cual se han determinado todos los efectos principales que producen los resultados no-ideales, y estos efectos se pueden disminuir generalmente por aproximaciones típicas de la ingeniería.

Máscaras de LIGA

En nuestra opinión, aquí mienten las deficiencias más severas de las décadas pasadas: Mientras Que otras tecnologías del tratamiento por lotes se han movido a partir de 4 pulgadas a los fulminantes de 6 - y 8 - o aún 12 pulgadas, LIGA todavía trabaja con las membranas titanium2 de 20x60 milímetro (CONJUNTO), las membranas del nitruro2 de silicio de 30x30 milímetro (CAMD y HTmicro), y las membranas redondas del grafito de 83 milímetros (CAMD y BESSY). También, varios proyectos fallados tentativa para utilizar el berilio para sus ventajas obvias en aplicaciones de la radiografía5.

La razón principal de áreas más grandes ha sido el factor de costo para DRIE, LIGA ULTRAVIOLETA y similares. Esta punta nunca tuvo que ser dirigida por los centros uces de los de LIGA. Sin Embargo, sostenemos que los estímulos principales para la área extensa que se convierte LIGA serán su compatibilidad con otras tecnologías y la opción para hacer los dispositivos grandes.

Se ha logrado Qué es que la máscara-fabricación ha llegado a ser más realiable conjuntamente con un mejor acceso al tiempo del haz, activando épocas importante más cortas para el revelado de los primeros productos. Sin Embargo, dos iteraciones de un nuevo diseño son todavía necesarias en la mayoría de los casos, y ésa todavía tarda más de seis meses.

Qué necesita ser lograda para cualquier perspectiva futura para LIGA es un aumento del área de la máscara sin o de virtualmente ningún compromiso a la calidad estructural.

La Aproximación de Microworks

Desde el principio, nuestra misión ha sido convertirse en fabricante de cabeza de LIGA. Nunca ha sido un “caso fuerte del asunto”, porque no habríamos sido de otra manera los primeros tal esfuerzo en Europa. Hemos buscado otras oportunidades de la fabricación también, y dentro de un año o Así pues, varios proyectos fueron detectados. Un análisis de la cartera puede ser bastante infrecuente para una empresa pequeña como microworks, pero nos ayuda a guardar nuestro enfoque. El retrato parecía muy diverso, de hecho manera demasiado diversa en 2008. Una reestructuración de nuestros proyectos, por último reforzada por la crisis financiera, ahora hace que los microworks parecen muy diferentes.

Cuadro 2. Cartera de los proyectos de los microworks a finales de 2008. La talla de la elipse da áspero el valor total del proyecto, y el color indica los riesgos tecnológicos asociados a los requisitos tecnológicos (de ciclón a de alto riesgo: gris oscuro, gris claro, verde, amarillo, anaranjado).
Cuadro 3. Lo Mismo que Fig. 2 pero a mediados de 2010. Las diferencias 18 meses a anterior pueden ser resumidas como sigue: estuvimos de acuerdo un grado algo más alto de riesgos tecnológicos por término medio pero cancelamos proyectos de alto riesgo con las ventajas inferiores, agregamos un proyecto dominante del R&D (en cooperación con CONJUNTO) y guardamos productos estrella.

La diferencia llega a ser más obvia cuando observamos otro gráfico de la cartera después de Wheelright y de Clark6. Saltaremos el retrato de la nube del estatus a finales de 2008 y mostraremos solamente cómo las cosas parecen hoy:

El Cuadro 4. microworks se colocó de nuevo en cuanto a la diversidad de sus proyectos. Un proyecto central del R&D, con el apoyo del Estado de Baden-Württemberg, se establece para aumentar tallas de máscara dramáticamente. El resto de los proyectos ajustados en las plataformas actuales o incluyen solamente cambios de menor importancia.

El proyecto mayor del R&D se centra en la máscara-fabricación, con énfasis en explorar para que una manera obtenga máscaras de la área extensa. Lamentablemente, no podemos señalar sobre estos aspectos hoy puesto que una solicitud de patente está todavía en curso. Pero podemos decir que si somos acertados, podremos avance mismo a las áreas extensas, decimos más allá de 10 pulgadas, y todavía mantenemos la opción de modelar las máscaras un e-haz.

Conclusiones

A lo largo de los años, varias conferencias de COMS y de HARMST han considerado contribuciones excelentes de expertos de LIGA en los adelantos de esta tecnología. Una compañía comercialmente acertada todavía no ha aparecido. Hemos sostenido en esta contribución que los apremios de la talla de la alta precisión, e-haz-escritos máscaras de la radiografía han sido un factor de limitación no sólo en cuanto a costos pero también en cuanto a talla del dispositivo y compatibilidad con otras tecnologías. Resolver estos apremios de la talla es la cuestión clave para el futuro de la tecnología de LIGA. También hemos sostenido que la colocación estratégica de los proyectos de los microworks así como una solución potencial al problema de la máscara puede llevar a la radiografía comercialmente viable LIGA.


Referencias

  1. LIGA y sus Aplicaciones; V. Saile, U. Wallrabe, O. Tabata, J.G. Korvink (eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  2. FELIG: Und Galvanik de Röntgentiefenlithographie del über de Mikrobauteile del für de Modulare Fertigungsstraße; Proyecto financiado por el Ministerio de Educación y la Investigación Alemanes, 2005 a 2009; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (en alemán)
  3. INNOLIGA: Innovador Resista el eine Directo-LIGA-Technologieentwicklung del für del und que el stabil rentable del einem del mit de KMUs del für de LIGA-Präzisionsteile del für de Fertigungsmethode arbeitenden Roentgen-Negativresist; Proyecte financiado por el Ministerio de Educación y la Investigación Alemanes, número de contrato inferior 2007 a 2010 16SV3522
  4. E.W. Becker, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner, y D. Muenchmeyer, “Fabricación de Microestructuras con Relaciones De Transformación del Alto-Aspecto y Grandes Alturas Estructurales por Litografía de la Radiación de Sincrotrón, de Galvanoforming, y de la Moldura del Plástico (Proceso de LIGA),” Ingeniería Microelectrónica, Vol. 4, Págs. 35ff, 1986.
  5. Vea el artículo de Jost Göttert en: LIGA y sus Aplicaciones; Volker Saile, Ulrike Wallrabe, Osamu Tabata, Enero G. Korvink (eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  6. “Creando planes del proyecto para enfocar el desarrollo de productos”, S. Wheelright, K. Clark, Harvard Business Revisa, Marzo-abril de 1992, Págs. 2-14

Derechos De Autor AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:44

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