Een Blik in de Bloeiende Toekomst van LIGA

door Dr. Joachim Schulz

Joachim Schulz1,2, Marco Walter1, Pascal Meyer2
1microworks, Duitsland
2Het Instituut van Karlsruhe van Technologie (UITRUSTING), Instituut van de Technologie van de Microstructuur
Overeenkomstige auteur: joachim.schulz@micro-works.de

Besproken Onderwerpen

Samenvatting
Inleiding
Een Poging om de Unieke Eigenschappen van LIGA Te Beschrijven
LIGA In De Loop Van de Jaren gezien de Behoeften van de Markt
     LIGA en het Vormen
     Toegang tot Synchotron
     Normen LIGA
     Maskers LIGA
De Benadering van Microworks
Conclusies

Samenvatting

In De Loop Van de afgelopen decennia, zijn vele toepassingen voorgesteld commercieel haalbaar voor LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung (, en Lithografie die, die Vormt Galvaniseert)). Nochtans, werden de meesten van hen geduwd in de markt via silicium MEMS of zelfs het klassieke microdrilling en micromilling. Tot op heden, niet heeft één enkele commerciële x-ray inspanning LIGA gebloeid en de steun voor academische centra LIGA verdwijnt langzaam. Nochtans, geloven de auteurs dat de huidige vraag naar toepassingen LIGA, met inbegrip van x-ray optische elementen zoals LIGA-Lenzen, precisieopeningen enz., de komst van een tweede dageraad voor LIGA is.

Dit document zal strategischer dan technisch overzicht van het verleden en de toekomst van LIGA geven.

Inleiding

In de jaren '90 dat, was LIGA een hartstimulatortechnologie voor MEMS, voor vele slimme systemen zoals versnellingssensoren of optische die apparaten wordt gebruikt met elektronische lezenkringen worden geïntegreerd. Dit eerste hype LIGA resulteerde in vele verschillende pronkstukken die op een indrukwekkende manier bewezen dat de technologie zeer veelzijdig is. Zelfs micropumps werden gemaakt gebruikend LIGA, hoewel dit soort toepassing werkelijk om het even welke unieke eigenschappen van LIGA niet gebruikt. Wanneer beoordeeld van hun data van academische bekendmaking, gingen verscheidene van deze systemen LIGA gelijkaardige systemen van concurrerende technologieën vooraf. Maar Toch is de doorbraak van LIGA op de markt nog niet gebeurd. Waarom niet?

De duidelijkste redenen zijn dat andere technologieën zoals siliciummicromechanics door grote bedrijven werden geduwd, en dat de klassieke technologieën zoals EDM, het malen, de boring en dergelijke door vele kleine en middelgrote bedrijven werden geduwd om steeds opwindendere fijne eigenschappen te bereiken. Zo op het eerste gezicht kijkt het als niet genoeg techniekinspanning werd gezet in de vordering van de mogelijkheden van LIGA.

De Openbare instellingen zouden de schuld ook kunnen delen: Niemand van de centra LIGA werd ooit gedwongen om zijn geld op de vrije markt te verdienen. Nog een andere reden zou kunnen zijn dat LIGA eenvoudig ook ingewikkeld, tijdrovend en duur is. En tenslotte, terwijl andere technologieën vrij een bit hebben vooruitgegaan en voldoende ingewikkeldheid bereikt om meer functionaliteit aan te passen micropatterned binnen structuren, is LIGA nog streng beperkt tot hoofdzakelijk twee afmetingen op een substraat met beperkte opties voor verscheidene maskerniveaus en slechts een handvol materialen.

Alle bovengenoemde argumenten dragen wat waarheid. Niettemin, microworks is overtuigd dat de technologische vorderingen van LIGA de laatste jaren en de behoeften van de markt zo veel samenvoegen dat er gebieden voor LIGA zal zijn. Één al lang bestaand gebied is microgears. Een Andere wordt momenteel bevorderd door de vraag van synchotron voor x-ray optische elementen. Andere voorbeelden zouden kunnen worden vermeld.

Structuur LIGA in nikkel, hoge 1600µm, aspectverhouding van 160.
Structuur LIGA in SU8 gebruikt om röntgenstralen te concentreren. De smalste delen zijn 2 µm wijd en breiden neer uit honderden µm.
Structuur LIGA in goud als absorptiegrating voor röntgenstralen. De aspectverhouding van deze structuren is dichtbij 50
Figuur 1. Diverse structuren die voor LIGA typisch zijn: hoog-aspecten verhoudingen, high-precision, vlotte zijwanden.

Een Poging om de Unieke Eigenschappen van LIGA Te Beschrijven

De vier sterke kanten die werden gebruikt om LIGA in de jaren '90 te bevorderen zijn snel vermeld:

  1. De verhouding van het hoog-Aspect
  2. Hoge zijwandkwaliteit/lage ruwheid
  3. Extreme precisie
  4. Volledige 2-D vrijheid

In het begin, volstonden deze vier punten om relevante spelers in technologieonderzoek, van overheden aan grotere bedrijven zoals IBM en Bosch te overtuigen, om LIGA te onderzoeken. De aandrijving voor meer miniaturisatie was duidelijk; in silicium, nochtans. slechts het bulk was micromachining met zijn strenge beperkingen beschikbaar.

En bijna zoals snel, men kon een lijst maken van hoe deze sterke kanten in de loop van de jaren tuimelden. De verhoudingen van het hoog-Aspect van, namelijk, 20 bij volledig vrije 2D meetkunde kunnen nu gemakkelijk door DRIE in silicium worden vervaardigd; deze technologie kan aan hoge zijwandkwaliteit eveneens worden gestemd, en, indien nodig, kan het cryoetching worden toegepast.

De Extreme precisie is altijd geëist voor LIGA, maar een te bewijzen methodologie is het slechts onlangs ontwikkeld. De resultaten tot dusver zijn niet afdoend.

Dan zijn er uv-LIGA, die het potentieel van SU8 ZICH verzet tegen exploiteert om bijna om het even wat te vervaardigen die de volgende vereisten past: +/2 µm precisie, minder dan 800 µm in hoogte, en gemaakt van nikkel of nikkel-fosforachtig als materiaal. Deze technologie werd uitstekend in de handel gebracht door mimotec in Zwitserland, blijkbaar verlatend weinig ruimte voor x-ray LIGA. Anderzijds, is het succes aantoont duidelijk dat LIGA een concurrerende technologie is. Één positief aspect voor x-ray verdedigers: de blootstelling aan röntgenstralen maakt de procesketen, maar slechts door 30 duurder tot 50%.

Er is nog een ander gebied voor technologie LIGA naar onze mening: de parallelle massavervaardiging van uiterst kleine structuren met hoog-aspectenverhoudingen. Dit zijn typisch opgestelde structuren die over redelijk grote lengten of gebieden samenwerken. Een goed voorbeeld is de x-ray lenzen die bij UITRUSTING (centraal beeld hierboven) onlangs ontwikkeld waren, waar de concentrerende waaier van elke lens zeer klein is. Nochtans, wanneer honderden hen naast elkaar worden geplaatst, kan het effect goed worden geëxploiteerd.

Wat is nodig om het gebied voor potentiële markten te exploiteren? Wij zullen proberen om dit in de volgende sectie te beantwoorden.

LIGA In De Loop Van de Jaren gezien de Behoeften van de Markt

Een uitstekende samenvatting van LIGA is gegeven in een vrij recent boek, LIGA en zijn Toepassingen (Saile et al. 2009)1. Het boek identificeert duidelijk LIGA als krachtig hulpmiddel om uitstekende microstructuren te maken. In deze sectie, zullen wij proberen om deze bevindingen van het standpunt van een klein bedrijf te evalueren, microworks. De belangrijkste criteria zijn: de tijd vóór de eerste delen wordt geïmpliceerd dat wordt veroorzaakt; bewijs van het waardevoorstel door normen; evenals kostenfactoren.

Vele aspecten van technologie LIGA zijn gericht tijdens het afgelopen decennium, hoofdzakelijk als deel van overheid-gefinancierde R&D- projecten. Hun doelstellingen hebben typisch een nieuw gebruik moeten identificeren, de LIGA procesketen aanpassen en eerste delen maken. Weinig projecten hebben zich bij het richten van technologische aspecten van het proces LIGA geconcentreerd. In dit opzicht, microworks is dankbaar voor de steun van de Duitse overheid van zowel FELIG2 als INNOLIGA3, waardoor FELIG ZICH bij het automatiseren van het proces concentreerde en INNOLIGA bij het verzekeren van de betrouwbaarheid van zich gebaseerd op de zelfde basischemie zoals SU8 verzet tegen.

LIGA en het Vormen

In de allereerste publicatie op LIGA, Becker et al.4 het voorgestelde vormen als manier om voor massavervaardiging te gaan. Van het standpunt van vandaag die, is de technologie wordt gebruikt om vormtussenvoegsels te maken nog onbetrouwbaar, wat het hard aan de data van de waarborglevering aan klanten maakt. Belangrijker, echter, is dat de opmerkelijke eigenschappen die LIGA aantrekkelijk houden hoofdzakelijk onmogelijk om in het vormen zijn te behouden: hoog-aspecten verhoudingen, vele eigenschappen op het substraat en de hoge precisie. Elk van dit is bijzonder waar voor injectie het vormen, terwijl het hete in reliëf maken niet het verwachte drastische kostenvoordeel over directe LIGA veroorzaakt. Anderzijds, vormde het proces aan gebruik structuren aangezien een vorm om metaal te galvaniseren nooit met succes is aangetoond.

Er is een andere aanwijzing dat de vormende hulpmiddelen LIGA niet commercieel haalbaar zijn: mimotec begon SA in Zwitserland in de recente jaren '90 die hoofdzakelijk vormtussenvoegsels maken. Vandaag, maken deze omhoog minder dan 10% van hun zaken, terwijl 90% de directe productie van LIGA metaaldelen is.

Toegang tot Synchotron

Een hoofdknelpunt voor x-ray LIGA is vrijwel in de loop van de jaren verdwenen: de beschikbaarheid van synchotronstraling. De Verhoogde beschikbaarheid was een belangrijke stap naar het kunnen leveringsdata betrouwbaar ontmoeten.

Sommige synchotron bieden nu geautomatiseerde steekproef behandeling en metingen in eiwitkristallografie bij een hoge graad van normalisatie aan, die voor blootstelling mogelijk eveneens zou moeten zijn LIGA. Aangezien de techniek LIGA meer dan enkel blootstelling impliceert, het jammer genoeg nog niet dat gemakkelijk is om een proces van één synchotron aan een andere over te brengen. De tweede bronkwestie is daarom nog niet volledig opgelost, maar de voldoende argumenten zijn dichtbij dat dit geen probleem met betrekking tot potentiële grote orden zal geven.

Normen LIGA

Ron Lawes en anderen hebben op verscheidene conferenties HARMST over vele jaren gedebatteerd dat de diverse groepen LIGA met één ontwerp, één proces en één reeks eigenschappen moeten akkoord gaan die moeten worden gemeten, misschien door het gebruiken van verschillende methodes, structuren te maken en de resultaten van alle groepen te vergelijken. Jammer Genoeg, is dit nooit voorgekomen. Misschien zag de typische onderzoeker geen beloning van R&D in steeds weer het doen van het zelfde ding; ook, zijn alle groepen LIGA in de concurrentie met elkaar geweest.

Dientengevolge, indien vandaag gevraagd welke specificaties LIGA eigenlijk kunnen bereiken, heeft de gemeenschap geen antwoord betreffende precisie, maximumaspectverhoudingen, zijwandruwheid, verticality enz. Wat wij, echter hebben, is een situatie waarin alle belangrijke gevolgen dat de resultaten van opbrengs niet-ideal zijn geïdentificeerd, en deze gevolgen gewoonlijk door typische techniekbenaderingen kunnen worden geminimaliseerd.

Maskers LIGA

Naar onze mening, lig hier de strengste deficiënties van de laatste decennia: Terwijl andere partijtechnologieën van 4 duim tot 6 - en 8 - of zelfs 12 duimwafeltjes hebben geleid, werkt LIGA nog met de membranen van het 20x602 mm titanium (UITRUSTING), het nitridemembranen2 van het 30x30mm silicium (CAMD en HTmicro), en 83 mm om grafietmembranen (CAMD en BESSY). Ook, probeerden verscheidene ontbroken projecten om beryllium voor zijn duidelijke voordelen in x-ray toepassingen te gebruiken5.

De belangrijkste reden voor grotere gebieden is de kostenfactor voor DRIE, UVLIGA en dergelijke geweest. Dit punt moest nooit door om het even welke centra worden gericht LIGA. Nochtans, debatteren wij dat de belangrijkste motivatie voor het ontwikkelen van groot-gebied LIGA zijn verenigbaarheid met andere technologieën en optie zal zijn om grote apparaten te maken.

Wat is bereikt is dat masker-maakt meer realiable is geworden in combinatie met betere toegang tot straaltijd, toelatend beduidend kortere tijden voor de ontwikkeling van eerste producten. Nochtans, zijn twee herhalingen van een nieuw ontwerp in de meeste gevallen nog noodzakelijk, en dat vergt nog meer dan zes maanden.

Wat voor om het even welk toekomstig perspectief voor LIGA moet worden bereikt is een verhoging van het maskergebied zonder of vrijwel geen compromis aan structurele kwaliteit.

De Benadering van Microworks

Van Bij het begin, heeft onze opdracht een belangrijke fabrikant moeten worden LIGA. Het is nooit een sterk „bedrijfsgeval“ geweest, omdat anders wij niet de eerst dergelijke inspanning in Europa zouden geweest zijn. Wij hebben andere productiekansen eveneens gezocht, en binnen een jaar of zo, werden verscheidene projecten verworven. Een portefeuilleanalyse kan voor een klein bedrijf zoals microworks eerder ongewoon zijn, maar het helpt ons om onze nadruk te houden. Het beeld keek zeer divers, in feite manier te divers in 2008. Herstructureren van onze projecten, last but not least afgedwongen door de financiële crisis, maakt microworks nu vrij verschillend kijken.

Figuur 2. Portefeuille van de projecten van microworks aan het eind van 2008. De ellipsgrootte geeft ruwweg de totale projectwaarde, en de kleur wijst op de technologische risico's verbonden aan de technologische vereisten (van laag tot zeer riskant: donkere grijs, lichtgrijs, groen, geel, sinaasappel).
Figuur 3. Zelfde zoals fig. 2 maar in medio-2010. De verschillen aan 18 maanden kunnen vroeger als volgt worden samengevat: wij gingen met een enigszins hogere graad technologische risico's op gemiddelde akkoord maar annuleerden zeer riskante projecten met lage voordelen, toevoegden één zeer belangrijk R&D- project (in samenwerking met UITRUSTING) en hielden contant geldkoeien.

Het verschil wordt duidelijker wanneer wij een ander portefeuilleperceel na Wheelright en Clark bekijken6. Wij zullen het wolkenbeeld van de status aan het eind van 2008 overslaan en zullen tonen slechts hoe de dingen als vandaag kijken:

Figuur 4. microworks veranderde zich met betrekking tot de diversiteit van zijn projecten van plaats. Een centraal R&D- project, met de steun van de Staat van Baden-Wuertemmberg, wordt opgesteld om maskergrootte dramatisch te verhogen. Alle andere projecten passen in huidige platforms of omvatten slechts minder belangrijke veranderingen.

Het belangrijkste R&D- project concentreert zich bij masker-maakt, met een nadruk bij het zoeken naar een manier om groot-gebiedsmaskers te verkrijgen. Jammer Genoeg, kunnen wij niet over deze aspecten vandaag rapporteren aangezien een octrooitoepassing nog lopend is. Maar wij kunnen zeggen dat als wij succesvol zijn, wij aan zeer grote gebieden vooruitgaan, voorbij 10 duim zullen kunnen zeggen, en nog de optie houden om de maskers in een e-straal te vormen.

Conclusies

Over de jaren, verscheidene conferenties COMS en HARMST uitstekende bijdragen aan deskundigen LIGA op de vorderingen van deze technologie hebben gemerkt. Een commercieel succesvol bedrijf is nog niet verschenen. Wij hebben in deze bijdrage gedebatteerd dat de groottebeperkingen van hoge precisie, x-ray maskers e-straal-geschrevende een beperkende factor niet alleen met betrekking tot kosten maar ook met betrekking tot apparatengrootte en verenigbaarheid met andere technologieën zijn geweest. Het Oplossen van deze groottebeperkingen is het hoofdthema voor de toekomst van technologie LIGA. Wij hebben ook gedebatteerd dat het strategische plaatsen van de projecten van microworks samen met een potentiële oplossing voor het maskerprobleem tot commercieel haalbare x-ray LIGA kan leiden.


Verwijzingen

  1. LIGA en zijn Toepassingen; V. Saile, U. Wallrabe, O. Tabata, J.G. Korvink (eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  2. FELIG: Modulare Fertigungsstraße für Mikrobauteile über Röntgentiefenlithographie und Galvanik; Project door het Duitse Ministerie van Onderwijs en Onderzoek, 2005 tot 2009 wordt gefinancierd die; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (in het Duits)
  3. INNOLIGA: Innovatief Verzet me und tegen direct-LIGA-Technologieentwicklung für eine rentable Fertigungsmethode für LIGA-Präzisionsteile für KMUs mit einem stabil röntgen--Negativresist arbeitenden; Project door het Duitse Ministerie van Onderwijs en Onderzoek, onder het contractaantal 16SV3522 wordt gefinancierd die van 2007 tot van 2010
  4. E.W. Becker, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner, en D. Muenchmeyer, „Vervaardiging van Microstructuren met de Verhoudingen van het hoog-Aspect en Grote Structurele Hoogten door de Lithografie van de Straling van het Synchotron, Galvanoforming, en Plastic Afgietsel (Proces LIGA),“ Micro-electronische Techniek, volume 4, blz. 35ff, 1986.
  5. Zie het artikel door Jost Göttert in: LIGA en zijn Toepassingen; Volker Saile, Ulrike Wallrabe, Osamu Tabata, Januari G. Korvink (eds.); Wiley, 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  6. „Creërend projectplannen om productontwikkeling“ te concentreren, S. Wheelright, K. Clark, het Overzicht van Harvard Business, maart-April 1992, blz. 2-14

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:02

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit