Загляните в процветающего будущего LIGA в

д-р Йоахим Шульц

Рассматриваемые вопросы

Абстрактный
Введение
Попытка описать Уникальные особенности LIGA
ЛИГА за эти годы с учетом потребностей рынка
LIGA и формовочный
Доступ к Синхротроны
ЛИГА стандартам
ЛИГА Маски
MicroWorks "Подход
Выводы

Абстрактный

За последние десятилетия, многие приложения были предложены в качестве коммерчески жизнеспособным для LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung (Литография, Гальваника, и формовочная)). Тем не менее, большинство из них были отодвинуты на рынке через кремния MEMS или даже классический микросверление и micromilling. На сегодняшний день ни один коммерческий рентгеновский ЛИГА усилия процветал и поддержка академических центров ЛИГА исчезает. Тем не менее, авторы считают, что нынешний спрос на приложения ЛИГА, в том числе рентгеновского оптических элементов, таких как ЛИГА-линзы, точность отверстий и т.д., является появление второго рассвета для LIGA.

Эта статья даст более стратегический характер, чем технический обзор прошлого и будущего ЛИГА.

Введение

В 1990-х годов, был ЛИГА кардиостимулятора технологии MEMS, используется для многих умных систем, таких как датчики ускорения или оптические устройства интегрированы с электронными считывания схем. Это первый обман LIGA в результате различных экспонатов, которые оказались в впечатляющим образом, что технология является очень гибким. Даже микронасосы были сделаны с использованием LIGA, хотя такого рода приложений на самом деле не использовать любую из уникальных особенностей ЛИГА. Если судить по их даты академическое издание, некоторые из этих ЛИГА системы предшествовали аналогичные системы с конкурирующими технологиями. И все же прорыв LIGA на рынке до сих пор не произошло. Почему бы и нет?

Наиболее очевидным причинам, что и другие технологии, такие как кремний микромеханики были оттеснены крупными компаниями, и что классические технологии, такие как EDM, фрезерные, сверлильные и как были оттеснены от многих малых и средних компаний для достижения еще более сложной тонкими чертами. Таким образом, на первый взгляд он выглядит не достаточно усилий инженерных был введен в продвижении возможностей LIGA в.

Государственные учреждения могут также доля вины: Ни один из центров ЛИГА когда-либо вынуждены зарабатывать деньги на свободном рынке. Еще одной причиной может быть то, что ЛИГА просто слишком сложным, трудоемким и дорогим. И, наконец, в то время как другие технологии продвинулись совсем немного и достигли достаточной сложности, чтобы вместить больше функциональности в micropatterned структур, LIGA-прежнему строго ограничены по существу двух измерениях на подложке с ограниченными возможностями для нескольких уровней маску и лишь несколько материалов.

Все приведенные выше рассуждения несут определенную истину. Тем не менее, MicroWorks убежден, что LIGA в технологических достижений в последние годы и потребности рынка являются слияния так много, что не будет ниши для LIGA. Один давний ниша микрошестерни. Другой является в настоящее время стимулируется спросом со синхротронов для рентгеновских оптических элементов. Другими примерами могут быть перечислены.

ЛИГА структуры никеля, 1600μm высокая, соотношение сторон 160.

ЛИГА структуры в SU8 используется для фокусировки рентгеновского излучения. Узкой части 2 мкм, и продлить несколько сотен мкм вниз.

ЛИГА структуры в золото как поглощение решетки для рентгеновских лучей. Пропорции этих структур около 50

Попытка описать Уникальные особенности LIGA

Четыре сильные стороны, которые были использованы для содействия LIGA в 1990-х годов, быстро вошедшие в перечень:

1. Высокого соотношения сторон
2. Высокие боковины качество / низкая шероховатость
3. Экстремальная точность
4. Полный 2-D свободы

В начале, эти четыре точки были достаточны, чтобы убедить соответствующие игроки в технологиях скрининга, от правительств к более крупным компаниям, как IBM и Bosch, заглянуть в ЛИГА. Стремление к миниатюризации более было очевидно, в кремнии, однако. только объемной микрообработки с его жесткими ограничениями не было.

И почти так же быстро, можно было бы список, как эти сильные стороны упали за эти годы. Высокая пропорции, скажем, 20 на совершенно бесплатно 2D геометрии теперь можно легко сфабрикованы DRIE в кремнии, эта технология может быть настроен на высокое качество, а боковины, и, если необходимо, cryoetching могут быть применены.

Экстремальная точность всегда утверждали, для LIGA, но методология, чтобы доказать это только недавно разработаны. Результаты пока не являются окончательными.

Тогда существует УФ-ЛИГА, который эксплуатирует потенциал SU8 противостоит изготовить почти все, что соответствует следующим требованиям: + / -2 мкм точность, менее 800 мкм в высоту, и изготовлены из никеля или никель-фосфор в качестве материала. Эта технология была отлично размещены на рынке mimotec в Швейцарии, по-видимому оставляя мало места для рентгеновского ЛИГА. С другой стороны, это успех ясно показывает, что ЛИГА является конкурентоспособной технологией. Одним из положительных аспектов для рентгеновских сторонников: воздействие рентгеновских лучей делает технологической цепочки более дорогой, но только от 30 до 50%.

Существует еще одна ниша для LIGA технологии, на наш взгляд: параллельного изготовления массой крошечных структур с высоким соотношением сторон. Как правило, они выстроились структур, которые работают вместе в течение достаточно большой длины или районы. Хорошим примером является рентгеновское линзы, которые были недавно разработаны в КИТ (центральный картинке выше), где диапазон фокусировки каждой линзы очень мала. Однако, когда сотни из них находятся рядом друг с другом, эффект может быть также использована.

Что нужно, чтобы использовать нишу для потенциальных рынков? Мы постараемся ответить на этот вопрос в следующем разделе.

ЛИГА за эти годы с учетом потребностей рынка

Отличное резюме ЛИГА был дан в сравнительно недавно книгу, ЛИГА и ее приложения (Saile и соавт. 2009) ¹ . Книга четко определяет ЛИГА как мощный инструмент для создания отличной микроструктур. В этом разделе мы попытаемся оценить эти результаты с точки зрения небольшой компании, MicroWorks. Основными критериями являются: времени, необходимого до первой части производятся; доказательство ценностного предложения по стандартам; а также стоимость факторов.

Многие аспекты LIGA технологии были решены за последние десять лет, преимущественно в рамках финансируемой правительством R & D проектах. Их цели, как правило, в том, чтобы определить новое применение, адаптировать цепочки LIGA процесс и сделать первые части. Несколько проектов были направлены на решение технологических аспектов процесса ЛИГА. В связи с этим MicroWorks благодарна за поддержку немецкого правительства обеих FELIG ² и INNOLIGA ³ , согласно которому FELIG сосредоточены на автоматизацию процесса и INNOLIGA по обеспечению надежности противостоять на основе той же базовой химии как SU8.

LIGA и формовочный

В первые же публикации на LIGA, Becker и соавт. ⁴ предложил литье, как путь для массового производства. С сегодняшней точки зрения, технология используется для изготовления формы вставками по-прежнему ненадежны, что делает его жестким, чтобы гарантировать сроки поставки клиентам. Более важно, однако, является то, что выдающимися характеристиками, которые держат ЛИГА привлекательными являются практически невозможно сохранить в литье: высокой пропорции, многие функции на подложке и высокой точностью. Все это особенно верно для литья под давлением, в то время как горячее тиснение не дает ожидаемого резкого ценовое преимущество над прямыми ЛИГА. С другой стороны, процесс использования литой структуры, как форма металла гальваническим никогда не было успешно продемонстрировано.

Существует еще один признак того, что инструменты ЛИГА литье не коммерчески жизнеспособным: mimotec SA в Швейцарии началась в конце 1990-х в первую очередь решения плесень вставками. Сегодня эти составляют менее 10% своего бизнеса, в то время как 90% прямого изготовления деталей ЛИГА металла.

Доступ к Синхротроны

Основным препятствием для рентгеновских ЛИГА практически исчез за эти годы: наличие синхротронного излучения. Повышение доступности был важный шаг на пути возможность надежно удовлетворять сроки поставки.

Некоторые синхротронах теперь предлагают автоматизированной обработки проб и измерения в белковой кристаллографии при высокой степени стандартизации, которая должна быть возможность для экспозиций ЛИГА также. С техникой ЛИГА предполагает не только экспозиции, она, к сожалению, еще не так просто перевести процесс из одного синхротрона на другой. Второй вопрос источником Поэтому до сих пор не решена полностью, но достаточных аргументов у нас под рукой, что это не будет представлять проблемы в связи с потенциальными крупные заказы.

ЛИГА стандартам

Рон Lawes и другие утверждали на нескольких конференциях HARMST на протяжении многих лет, что различные группы ЛИГА необходимо согласовать один проект, один процесс и один набор характеристик, подлежащих измерению, возможно, с использованием различных методов, что делает структур и сравнения результатов всех групп. К сожалению, этого не произошло. Может быть, типичный исследователь не увидел R & D награду в этом одно и то же снова и снова, а также, все группы ЛИГА были в конкуренции друг с другом.

В результате, если его спросят сегодня то, что спецификации ЛИГА может реально достичь, сообщество не имеет ответа на вопрос о точности, максимальная пропорциями, боковины шероховатости, вертикальности и т.п. Что у нас есть, однако, ситуация, в которой все основные эффекты, которые производить неидеальных результатов были определены, и эти эффекты обычно можно свести к минимуму типичные подходы инженерии.

ЛИГА Маски

На наш взгляд, здесь лежат самые серьезные недостатки в последние десятилетия: в то время другие технологии партии перешли от 4-дюйма до 6 - и 8 - или даже 12-дюймовых пластин, LIGA-прежнему работает с 20x60 мм ² титановых оболочек (KIT) , 30x30 мм ² нитрида кремния мембран (САВО и HTmicro), и 83 мм выстрел мембран графита (САВО и Бесси). Кроме того, несколько неудавшихся проектов пытались использовать бериллий для его очевидные преимущества в рентгеновской приложения ⁵ .

Основная причина больших площадях была фактор стоимости для DRIE, УФ-ЛИГА и тому подобное. Этот момент никогда не должны были быть решены любые ЛИГА центров. Тем не менее, мы утверждаем, что основной мотивацией для разработки больших площадей ЛИГА будет ее совместимость с другими технологиями и возможность сделать большой устройств.

То, что было достигнуто в том, что маска решений стал более realiable в сочетании с лучшим доступом к пучкового времени, что позволяет значительно сократить время на разработку первой продукции. Тем не менее, две итерации новый дизайн по-прежнему необходимы в большинстве случаев, и что по-прежнему занимает более шести месяцев.

Что должно быть достигнуто для любой будущей перспективы для LIGA является увеличение маску область без или практически не компромисс, чтобы структурные качества.

MicroWorks "Подход

С самого начала наша миссия в том, чтобы стать ведущим производителем ЛИГА. Она никогда не была сильной "экономического обоснования", потому что иначе мы бы не было первой такой попытки в Европе. Мы искали другие возможности производства, а, и в течение года или около того, несколько проектов были приобретены. Портфельного анализа может быть довольно необычным для небольшой компании, как MicroWorks, но это помогает нам держать в центре нашего внимания. Картина выглядела очень разнообразны, на самом деле слишком разнообразны в 2008 году. Реструктуризации наших проектов, не в последнюю очередь в жизнь финансового кризиса, делает MicroWorks выглядеть совсем другое.

Рисунок 2. Портфель проектов MicroWorks 'в конце 2008 года. Размер эллипса примерно дает общую стоимость проекта, и цвет указывает на технологические риски, связанные с технологическими требованиями (от низкого к высокому риску: темно-серый, светло-серый, зеленый, желтый, оранжевый).

Рисунок 3. То же, что рис. 2, а в середине 2010 года. Отличия от 18 месяцев до этого можно резюмировать следующим образом: мы договорились несколько выше степень технологических рисков в среднем, но отменен высокорисковые проекты с низкой выгоды, добавил одну клавишу R & D проекта (в сотрудничестве с KIT) и держали дойных коров.

Разница становится более очевидной, если мы посмотрим на другой портфель сюжет следующей Wheelright и Кларк ⁶ . Мы должны пропустить облака картину состояния в конце 2008 года и только показать, как все выглядит, как сегодня:

Рисунок 4. MicroWorks приложена себя по отношению к разнообразию своих проектов. R & центрального исследовательского проекта, при поддержке земли Баден-Вюртемберг, приводится увеличение размеров маски резко. Все остальные проекты вписываются в существующие платформы или включать в себя только незначительные изменения.

R & крупный исследовательский проект концентрируется на маске решений с акцентом на поиск способа получения большой площади маски. К сожалению, мы не можем доклад об этих аспектах сегодня, так как заявка на патент еще в стадии разработки. Но мы можем сказать, что если мы добьемся успеха, мы сможем продвинуться к очень больших площадях, скажем за 10 дюймов, и сохранить возможность структурирования маски в электронно-лучевой.

Выводы

За эти годы, несколько COMS и HARMST конференций видели большой вклад от экспертов LIGA на достижения этой технологии. Коммерчески успешная компания до сих пор не появилось. Мы утверждали, в этом вкладе, который ограничений по размеру высокой точности, электронно-лучевых написанный рентгеновского масках были сдерживающим фактором не только в отношении расходов, но и по отношению к размеру устройства и совместимость с другими технологиями. Решение этих ограничений по размеру является ключевым вопросом для будущего LIGA технологии. Мы также утверждали, что стратегическое позиционирование проектов MicroWorks "вместе с потенциальным решением проблемы маска может привести к коммерчески жизнеспособным рентгеновского ЛИГА.

Ссылки

1. LIGA и ее приложения, В. Saile, У. Wallrabe, О. Табата, JG Korvink (ред.), М., 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
2. FELIG: Modulare Fertigungsstraße für Mikrobauteile über Röntgentiefenlithographie унд Galvanik; Проект финансируется немецким министерством образования и исследований, 2005 по 2009 год; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (на немецком)
3. INNOLIGA: Инновационные Resist-унд Директ-ЛИГА-Technologieentwicklung für Eine арендуемой Fertigungsmethode für ЛИГА-Präzisionsteile für KMUs мит Эйнем стабильностью arbeitenden Рентген-Negativresist; Проект финансируется немецким министерством образования и науки, с 2007 по 2010 под номер договора 16SV3522
4. EW Беккер, В. Ehrfeld, П. Hagmann, А. Манер, Д. Muenchmeyer, "Производство микроструктур с высоким соотношением сторон и Великой Структурные высотах от литографии синхротронного излучения, Galvanoforming и пластиковые формовочные (LIGA процесс)," Микроэлектронные Инженерная, вып. 4, стр. 35ff, 1986.
5. См. статью Йост Göttert в: LIGA и ее приложения; Фолькер Saile, Ульрике Wallrabe, Осаму Табата, Ян Г. Korvink (ред.), М., 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
6. "Создание проекта планирует сосредоточиться разработки продукта", С. Wheelright, К. Кларк, Harvard Business Review, март-апрель 1992, стр. 2-14

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org