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Un'Occhiata nel Futuro Facente Prosperare di LIGA

da Dott. Joachim Schulz

Joachim Schulz1,2, Marco Walter1, Pascal Meyer2
1microworks, Germania
2Istituto di Tecnologia di Karlsruhe (KIT), Istituto di Tecnologia di Microstruttura
Autore Corrispondente: joachim.schulz@micro-works.de

Argomenti Coperti

Estratto
Introduzione
Un Tentativo Di Descrivere le Funzionalità Uniche di LIGA
LIGA Nel Corso degli Anni in considerazione dei Bisogni del Mercato
     LIGA e Modanatura
     Access ai Sincrotroni
     Standard di LIGA
     Maschere di LIGA
L'Approccio di Microworks
Conclusioni

Estratto

Durante le decadi passate, molte applicazioni sono state proposte come commercialmente possibili per LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung (Litografia, Galvanoplastica e Modellante)). Tuttavia, la maggior parte di loro sono state spinte nel servizio via silicio MEMS o persino microdrilling classico e micromilling. Fin qui, non un singolo sforzo commerciale dei raggi x LIGA ha fatto prosperare ed il contributo ai centri accademici di LIGA sta sbiadendosi. Tuttavia, gli autori ritengono che la domanda corrente delle applicazioni di LIGA, compreso gli elementi ottici dei raggi x quali le LIGA-lenti, le aperture diaframma Ecc. di precisione, sia l'arrivo di una seconda alba per LIGA.

Questo documento darà uno più strategico della generalità tecnica dell'esperienza e del futuro di LIGA.

Introduzione

Negli anni 90, LIGA era una tecnologia dello stimolatore cardiaco per MEMS, usata per molti sistemi astuti quali i sensori di accelerazione o le unità ottiche integrati con i circuiti di lettura elettronici. Questa prima campagna pubblicitaria di LIGA ha provocato molti pezzi forti differenti che hanno provato in un modo impressionante che la tecnologia è molto versatile. Anche i micropumps sono stati fatti facendo uso di LIGA, sebbene questo genere di applicazione realmente non ne utilizzasse c'è ne delle funzionalità uniche di LIGA. Una Volta giudicati a partire dalle loro date della pubblicazione accademica, alcuni di questi sistemi di LIGA hanno preceduto i simili sistemi dalle tecnologie in competizione. Eppure l'innovazione di LIGA sul servizio ancora non è accaduto. Perché non?

Le ragioni più evidenti sono che altre tecnologie quale micromeccanica del silicio sono state spinte dalle grandi società e che le tecnologie classiche quale EDM, fresatura, perforante e simili sono state spinte da molte piccole e medie società per raggiungere le funzionalità fini mai più provocatorie. Assomiglia Così a prima vista a non abbastanza sforzo tecnico è stata messa nell'avanzamento delle capacità di LIGA.

Le istituzioni Pubbliche potrebbero anche dividere la colpa: Nessuno dei centri di LIGA è stato costretto mai ad utile la sua moneta sul mercato libero. Ancora un altra ragione potrebbe essere che LIGA è semplicemente troppo complicato, che richiede tempo e costoso. E per concludere, mentre altre tecnologie hanno avanzato abbastanza un bit ed hanno raggiunto la complessità sufficiente per accomodare più funzionalità in strutture micropatterned, LIGA ancora si limita severamente ad essenzialmente due dimensioni su un substrato con le opzioni limitate per parecchi livelli della maschera e soltanto una manciata di materiali.

Tutti argomenti di cui sopra sopportano una certa verità. Tuttavia, i microworks è convinto che gli avanzamenti tecnologici di LIGA negli ultimi anni ed i bisogni del servizio stiano fondendo così tanto che ci saranno posti adatti per LIGA. Un posto adatto di lunga durata è microgears. Altro corrente sta stimolando dalla domanda dai sincrotroni per gli elementi ottici dei raggi x. Altri esempi hanno potuto essere elencati.

Struttura di LIGA in nichel, 1600µm alto, un allungamento di 160.
Struttura di LIGA in SU8 usato per mettere a fuoco i raggi x. Le parti più strette sono µm 2 largamente ed estendono diverse centinaia il µm giù.
Struttura di LIGA in oro come assorbimento che gratta per i raggi x. L'allungamento di queste strutture è vicino a 50
Figura 1. Varie strutture che è tipica per LIGA: rapporti di alto-aspetto, muri laterali di alta precisione e lisci.

Un Tentativo Di Descrivere le Funzionalità Uniche di LIGA

I quattro forti punti che sono stati utilizzati per promuovere LIGA negli anni 90 sono quotati rapidamente:

  1. rapporto di Alto-Aspetto
  2. Alte qualità/in basso rugosità del muro laterale
  3. Precisione Estrema
  4. Completi la 2-D libertà

In principio, questi quattro punti erano sufficienti per convincere i giocatori pertinenti nella selezione della tecnologia, dai governi alle più grandi società come IBM e a Bosch, esaminare LIGA. L'unità per più miniaturizzazione era evidente; in silicio, tuttavia. soltanto micromachining in serie con le sue restrizioni severe era disponibile.

E quasi come rapidamente, uno potrebbe quotare come questi forti punti hanno ruzzolato nel corso degli anni. i rapporti di Alto-Aspetto di per esempio 20 alla 2D geometria completamente libera possono ora essere da costruzione facilmente da DRIE in silicio; questa tecnologia può essere sintonizzata ad alta qualità del muro laterale pure e, se necessario, cryoetching può essere applicato.

La precisione Estrema è stata reclamata sempre per LIGA, ma una metodologia per provarla recentemente è stata sviluppata soltanto. I risultati finora non sono conclusivi.

Poi ci sono UV-LIGA, che sfruttano il potenziale di SU8 resistono a da costruzione quasi qualche cosa che misura i seguenti requisiti: +/--2 precisione del µm, meno µm di 800 dell'altezza e fatto di nichel o nichel-fosforoso come materiale. Questa tecnologia eccellentemente è stata immessa sul servizio da mimotec in Svizzera, lasciante apparentemente poca stanza per i raggi x LIGA. D'altra parte, è successo chiaramente indica che LIGA è una tecnologia non Xerox. Un aspetto positivo per i fautori dei raggi x: l'esposizione ai raggi x rende elabora più costoso a catena, ma soltanto da 30 - 50%.

C'è ancora un altro posto adatto per la tecnologia di LIGA a parer nostro: la lavorazione di massa parallela delle strutture minuscole con i rapporti di alto-aspetto. Queste sono strutture tipicamente allineate che funzionano insieme sopra le lunghezze o le aree ragionevolmente grandi. Un buon esempio è le lenti dei raggi x che erano sviluppate di recente al KIT (maschera centrale qui sopra), dove l'intervallo di messa a fuoco di ogni lente è molto piccolo. Tuttavia, quando le centinaia di loro sono collocate accanto a ogni altro, l'effetto può essere sfruttato bene.

Che Cosa è l'impresa necessaria il posto adatto per i mercati potenziali? Proveremo a rispondere a questo nella sezione successiva.

LIGA Nel Corso degli Anni in considerazione dei Bisogni del Mercato

Un riassunto eccellente di LIGA si è arreso un libro equo recente, LIGA e le sue Applicazioni (Saile et al. 2009)1. Il libro identifica chiaramente LIGA come strumento potente per la fabbricazione delle microstrutture eccellenti. In questa sezione, proveremo a valutare questi risultati dal punto di vista di piccola impresa, microworks. I criteri principali sono: il tempo in questione prima delle prime parti è prodotto; prova della proposta di valore con gli standard; così come i fattori costo.

Molti aspetti della tecnologia di LIGA sono stati esaminati negli ultimi dieci anni, principalmente come componente dei progetti finanziati dal governo di R & S. I Loro scopi sono stati tipicamente di identificare un nuovo uso, di adattare la catena di trattamento di LIGA e fare le prime parti. Pochi progetti hanno messo a fuoco sull'esame degli aspetti tecnologici del trattamento di LIGA. A tale riguardo, i microworks è riconoscenti per il supporto del governo Tedesco sia di FELIG2 che di INNOLIGA3, con cui FELIG ha messo a fuoco sull'automatizzare il trattamento e il INNOLIGA sull'assicurazione dell'affidabilità di una resistenza basata sulla stessa chimica di base di SU8.

LIGA e Modanatura

Nella primissima pubblicazione su LIGA, Becker et al.4 ha suggerito di modellare come il modo andare per montaggio di massa. Dall'odierno punto di vista, la tecnologia usata per fare le inserzioni della muffa è ancora inaffidabile, che lo rende duro garantire le date di consegna ai clienti. Più importante, tuttavia, è che le caratteristiche eccezionali che tengono LIGA attraente sono essenzialmente impossibli da conservare in modanatura: rapporti di alto-aspetto, molte funzionalità sul substrato e alta precisione. Tutto Il questo è particolarmente vero per lo stampaggio ad iniezione, mentre il piccante che imprime non produce il drastico previsto per costare il vantaggio sopra LIGA diretto. D'altra parte, il trattamento per usare le strutture modellate come modulo per galvanoplastica il metallo non è stato dimostrato mai con successo.

C'è un'altra indicazione che gli strumenti del modanatura di LIGA non sono commercialmente possibili: mimotec SA in Svizzera ha cominciato fuori verso la fine degli anni 90 soprattutto che fanno le inserzioni della muffa. Oggi, questi compongono meno di 10% del loro affare, mentre 90% è la fabbricazione diretta delle parti di metallo di LIGA.

Access ai Sincrotroni

Un grave ostacolo principale per i raggi x LIGA virtualmente è scomparso nel corso degli anni: la disponibilità di radiazione di sincrotrone. La disponibilità Aumentata era un punto importante verso potere incontrarsi attendibilmente le date di consegna.

Alcuni sincrotroni ora offrono la manipolazione e le misure automatizzate del campione in cristallografia della proteina ad un alto livello di normalizzazione, che dovrebbe essere possibile per le esposizioni di LIGA pure. Poiché la tecnica di LIGA comprende più appena le esposizioni, purtroppo non è ancora quella facile trasferire un trattamento da un sincrotrone ad un altro. L'emissione di seconda sorgente quindi ancora completamente è stata risolta, ma gli argomenti sufficienti sono attuali che questo non porrà un problema riguardo ai grandi ordini potenziali.

Standard di LIGA

Ron Lawes ed altri ha sostenuto a parecchie conferenze di HARMST in molti anni che i vari gruppi di LIGA devono acconsentiree su una progettazione, un trattamento ed un insieme dei beni da misurare, possibilmente usando i metodi differenti, la fabbricazione delle strutture ed il paragone dei risultati di tutti i gruppi. Purtroppo, questo non ha accaduto mai. Forse il ricercatore tipico non ha veduto ricompensa di R & S nel fare la stessa cosa ripetutamente; anche, tutti gruppi di LIGA sono stati in concorrenza a vicenda.

Di conseguenza, se chiesto oggi che specifiche LIGA può realmente raggiungere, la comunità non ha risposta per quanto riguarda precisione, gli allungamenti massimi, la rugosità del muro laterale, la verticalità Ecc. Che Cosa abbiamo, tuttavia, è una situazione in cui tutti effetti principali che producono risultati non ideali sono stati identificati e questi effetti possono essere minimizzati solitamente tramite gli approcci tipici di assistenza tecnica.

Maschere di LIGA

A parer nostro, qui si trovano le carenze più severe di ultime decadi: Mentre altre tecnologie in lotti si sono mosse dai wafer a 4 pollici verso 6 - e 8 - o persino a 12 pollici, LIGA ancora funziona con le membrane di titanio2 di 20x60 millimetro (KIT), le membrane del nitruro2 di silicio di 30x30 millimetro (CAMD e HTmicro) e le membrane rotonde della grafite da 83 millimetri (CAMD e BESSY). Inoltre, vari progetti guastati tentati per utilizzare berillio per i sui ovvi vantaggi nelle applicazioni dei raggi x5.

Il motivo principale per le più grandi aree è stato il fattore costo per DRIE, LIGA UV e simili. Questo punto ha dovuto non essere indirizzato mai da c'è ne dei centri di LIGA. Tuttavia, sosteniamo che le motivazioni principali per ampia area di sviluppo LIGA saranno la sua compatibilità con altre tecnologie e l'opzione per fare le grandi unità.

Che Cosa è stato raggiunto è che maschera-fare è diventato più realiable congiuntamente a migliore accesso a tempo del raggio, permettendo significativamente ai tempi di scarsità per lo sviluppo dei primi prodotti. Tuttavia, le due ripetizioni di nuova progettazione sono necessarie ancora nella maggior parte dei casi e quella ancora richiede più di sei mesi.

Che Cosa deve essere raggiunto per tutta la prospettiva futura per LIGA è un aumento dell'area della maschera senza o di virtualmente nessun compromesso a qualità strutturale.

L'Approccio di Microworks

Dall'inizio, la nostra missione è stata di trasformarsi in in un produttore principale di LIGA. Non è stato mai forte “business case„, perché non saremmo stati altrimenti i primi tale sforzo in Europa. Abbiamo cercato altre opportunità di fabbricazione pure ed in un anno o così, parecchi progetti si sono acquistati. Un'analisi del portafoglio può essere piuttosto rara per una piccola impresa come i microworks, ma ci aiuta a tenere il nostro fuoco. La maschera ha guardato molto diversa, in effetti modo troppo diverso nel 2008. Una ristrutturazione dei nostri progetti, infine applicata dalla crisi finanziaria, ora fa i microworks guardare abbastanza differenti.

Figura 2. Portafoglio dei progetti dei microworks alla fine del 2008. La dimensione di ellisse dà approssimativamente il valore totale del progetto ed il colore indica i rischi tecnologici connessi con i requisiti tecnologici (dal minimo ad ad alto rischio: grigio scuro, grigio chiaro, verde, giallo, arancio).
Figura 3. Stessi della Fig. 2 ma del 2010. Le differenze 18 mesi a più in anticipo possono essere riassunte come segue: abbiamo acconsentito ad un grado piuttosto più alto di rischi tecnologici in media ma abbiamo annullato i progetti ad alto rischio con i vantaggi bassi, abbiamo aggiunto l'un progetto chiave di R & S (in collaborazione con il KIT) ed abbiamo tenuto i cash cow.

La differenza diventa più ovvia quando esaminiamo un altro tracciato del portafoglio dopo Wheelright e Clark6. Salteremo la maschera della nuvola dello stato alla fine del 2008 e soltanto mostreremo come le cose assomigliano ad oggi:

La Figura 4. microworks si è riposizionata riguardo alla diversità dei sui progetti. Un progetto centrale di R & S, con il supporto dello Stato di Baden-Württemberg, è precisato per aumentare drammaticamente le dimensioni di maschera. Tutti I altri progetti inseriti nelle piattaforme correnti o comprendono soltanto i cambiamenti secondari.

Il progetto principale di R & S mette a fuoco sulla maschera-fabbricazione, con enfasi sulla ricerca un modo ottenere le maschere di ampia area. Purtroppo, non possiamo riferire oggi su questi aspetti poiché una richiesta di brevetto è ancora in corso. Ma possiamo dire che se riusciamo, potremo avanzare molto alle ampie aree, diciamo oltre 10 pollici ed ancora teniamo l'opzione di modello delle maschere in un e-raggio.

Conclusioni

Nel Corso degli anni, parecchie conferenze di HARMST e di COMS hanno veduto i contributi eccellenti dagli esperti in LIGA sugli avanzamenti di questa tecnologia. Una società commercialmente riuscita ancora non è comparso. Abbiamo sostenuto in questo contributo che i vincoli di dimensione di alta precisione, e-raggio-scritti le maschere dei raggi x sono stati un fattore limitante non solo riguardo ai costi ma anche riguardo alla dimensione dell'unità e la compatibilità con altre tecnologie. La Soluzione dei questi vincoli di dimensione è il punto chiave per il futuro della tecnologia di LIGA. Egualmente abbiamo sostenuto che il posizionamento strategico dei progetti dei microworks insieme ad una soluzione potenziale sul problema della maschera può piombo ai raggi x commercialmente possibili LIGA.


Riferimenti

  1. LIGA e le sue Applicazioni; V. Saile, U. Wallrabe, O. Tabata, J.G. Korvink (eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  2. FELIG: Und Galvanik di Röntgentiefenlithographie del über di Mikrobauteile del für di Modulare Fertigungsstraße; Progetto costituito un fondo per tramite il Ministero della Pubblica Istruzione e la Ricerca Tedeschi, 2005 - 2009; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (in tedesco)
  3. INNOLIGA: Innovatore Resista al eine che Diretto-LIGA-Technologieentwicklung del für del und lo stabil rentable del einem del mit di KMUs del für di LIGA-Präzisionsteile del für di Fertigungsmethode arbeitenden il Röntgen-Negativresist; Aggetti costituito un fondo per tramite il Ministero della Pubblica Istruzione e la Ricerca Tedeschi, il numero sotto contratto 16SV3522 2007 - 2010
  4. E.W. Becker, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner e D. Muenchmeyer, “Montaggio delle Microstrutture con i Rapporti di Alto-Aspetto e le Grandi Altezze Strutturali da Litografia di Radiazione di Sincrotrone, di Galvanoforming e del Modanatura della Plastica (Trattamento di LIGA),„ Assistenza Tecnica Microelettronica, Volume 4, Pp. 35ff, 1986.
  5. Vedi l'articolo da Jost Göttert in: LIGA e le sue Applicazioni; Volker Saile, Ulrike Wallrabe, Osamu Tabata, Gennaio G. Korvink (eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  6. “Creando le pianificazioni del progetto per mettere a fuoco lo sviluppo di prodotto„, S. Wheelright, K. Clark, Harvard Business Esamina, Marzo-aprile 1992, le Pp. 2-14

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:16

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