Ett Ögonkast in i LIGAS Blomstra Framtid

vid Dr. Joachim Schulz

Joachim Schulz1,2, Marco Walter1, Pascal Meyer2
1microworks Tyskland
2Karlsruhe Institut av Teknologi (SATS), Institut av MicrostructureTeknologi
Motsvarande författare: joachim.schulz@micro-works.de

Täckte Ämnen

Abstrakt begrepp
Inledning
Ett Försök att Beskriva de Unika Särdragen av LIGA
LIGA Över Åren Beskådar in av Marknadsför Behov
     LIGA och Gjuta
     Ta Fram till Synchrotrons
     LIGA-Normal
     LIGA Maskerar
Microworks Att närma sig
Avslutningar

Abstrakt begrepp

Över de förgångna årtiondena har många applikationer varit föreslagna som kommersiellt livsdugliga för LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung (Lithography som Electroplating och Gjuter)). Emellertid sköts mest av dem in i marknadsföra via silikoner MEMS eller även klassikern som microdrilling och micromilling. Hitintills inte har ett försök för singelreklamfilmröntgenstråle LIGA blomstrat, och service för akademiker LIGA centrerar bleknar. Emellertid tror författarna att strömbegäran för LIGA-applikationer, optiska beståndsdelar för inklusive röntgenstråle liksom LIGA-linser, precisionöppningar Etc., är adventen av en understödjagryning för LIGA.

Detta ska pappers- ger en mer strategisk än den tekniska överblicken av förflutnan och framtiden av LIGA.

Inledning

I 90-tal var LIGA en pacemakerteknologi för MEMS som användes för många smart system liksom accelerationsavkännare, eller optiska apparater som integreras med elektronisk läsning-ut, går runt. Denna första LIGA-hype resulterade i många olika showpieces som bevisade i ett mäktigt långt att teknologin är mycket mångsidig. Även micropumps gjordes genom att använda LIGA, fast denna sort av applikationen inte använder egentligen några av de unika särdragen av LIGA. När du bedömas från deras, daterar av den akademiska publikationen, flera av dessa LIGA-system kom före liknande system från att konkurrera teknologier. Yet LIGAS genombrott på marknadsförastillbilden har inte händt. Varför inte?

Det mest påtaglig resonerar är att andra teknologier liksom silikonmicromechanics sköts av stora företag, och att klassikerteknologier liksom EDM, malning, borrande och The Like sköts av många lilla och medelstora företag för att uppnå någonsin mer utmana botsärdrag. Så på ett första ögonkast som det ser likt inte nog iscensätta försök, sattes in i befordran av LIGAS kapaciteter.

Offentliga institutioner som också kan, delar klander: Ingen av LIGAEN centrerar tvingades någonsin för att tjäna dess pengar på det fritt marknadsför. Ännu en resonera styrkan är, att LIGA är enkelt för försvårad, tidskrävande och dyrt. Fördriva andra teknologier har avancerat a bet och har nett ganska tillräcklig komplexitet för att hysa mer funktionsduglighet, i micropatterned, strukturerar, är LIGA stilla strängt inskränkt till i grunden två dimensionerar på en substrate med inskränkt alternativ för flera maskerar jämnar och endast material för en handfull, Och slutligen.

Alla av ovannämnda argument uthärdar någon sanning. Ändå övertygas microworks att LIGAS teknologiska befordringar under senare år och behoven av marknadsföra applicerar så mycket att det ska finns niches för LIGA. En longstanding niche är microgears. Ett Annat stimuleras för närvarande av begäran från synchrotrons för optiska beståndsdelar för röntgenstråle. Andra exempel kunde listas.

LIGA strukturerar i mynt, den 1600µm kicken, aspektförhållande av 160.
LIGA strukturerar i van vid SU8 fokuserar röntgenstrålar. De mest smala delarna är bred µm 2 och fördjupa flera hundra µm besegrar.
LIGA strukturerar i guld- som ett absorberingsgaller för röntgenstrålar. Aspektförhållandet av dessa strukturerar är nära 50
Figurera 1. Olikt strukturerar som är typisk för LIGA: kick-aspekten förhållanden, kick-precision, slätar sidoväggar.

Ett Försök att Beskriva de Unika Särdragen av LIGA

De starka fyrana pekar som var van vid främjar LIGA i 90-tal listas snabbt:

  1. Kick-Aspekt förhållande
  2. Kvalitets-/low roughness Kicksidovägg
  3. Ytterlighetprecision
  4. Avsluta 2-D frihet

I början pekar dessa fyra var tillräckliga att övertyga relevant spelare i teknologi som avskärmer, från regeringar till större företag lika IBM och Bosch, för att se in i LIGA. Drevet för mer miniatyrisering var påtagligt; i silikoner emellertid. endast var bulk micromachining med dess stränga begränsningar tillgänglig.

Och nästan som snabbt, kunde man lista hur dessa starkt pekar dråsat över åren. Kick-Aspekt förhållanden av, något att säga, 20 på fullständigt frigör 2D geometri kan nu lätt fabriceras av DRIE i silikoner; denna teknologi kan trimmas till den kvalitets- kicksidoväggen, som väl, och, om behov är, cryoetching kan appliceras.

Ytterlighetprecision har alltid fordrats för LIGA, men en methodology som bevisar den, endast har för en tid sedan framkallats. Resultaten är så långt inte slutliga.

Därefter finns det UV-LIGA, som exploaterar det potentiellt av SU8 motstår för att fabricera nästan något som är den passformar efter kraven: +/--2 µmprecision, mer mindre µm än 800 i höjd, och gjort av mynt eller mynt-phosphorous som ett materiellt. Denna teknologi förlades utmärkt på marknadsföra av mimotec i Schweitz som som synes lite lämnar rum för röntgenstrålen LIGA. Å andra sidan är det framgång visar klart att LIGA är en konkurrenskraftig teknologi. En realitetaspekt för röntgenstråleförespråkare: exponering till röntgenstrålar gör det processaa att kedja dyrare, men endast vid 30 till 50%.

Det finns stilla en annan niche för LIGA-teknologi i vår åsikt: parallellen samlas fabricering av mycket litet strukturerar med kick-aspekt förhållanden. Dessa ställa i ordning typisk strukturerar som fungerar tillsammans över rimligen stora längder eller områden. Ett bra exempel är röntgenstrålelinserna som var nyutvecklade på SATSEN (centralen föreställer över), var fokuseringen spänner av varje lins, är mycket litet. Emellertid när de förläggas hundratals bredvid varje annat, kan verkställa väl exploateras.

Vad är den nödvändiga bedriften nichen för potentiellt marknadsför? Vi ska försök att svara att detta i det nästa delar upp.

LIGA Över Åren Beskådar in av Marknadsför Behov

Ett utmärkt summariskt av LIGA har givits i ett ganska nytt bokar, LIGA och dess Applikationer (Saile o.a. 2009)1. Boka identifierar klart LIGA som ett kraftigt bearbetar för utmärkta microstructures för danande. I detta dela upp, oss ska försök att utvärdera dessa rön från peka av beskådar av en litet företag, microworks. De huvudsakliga kriterierna är: tiden som är involverad för de första delarna, produceras; preparera av värderapropositionen till och med normal; såväl som kosta dela upp i faktorer.

Många aspekter av LIGA-teknologi har tilltalats över det förgångna årtiondet, huvudsakligen, som delen av regering-betalad R&D projekterar. Deras mål har typisk varit att identifiera ett nytt bruk, att anpassa den processaa LIGAEN kedja och gör första delar. Fåtalet projekterar har fokuserat på att tilltala teknologiska aspekter av den processaa LIGAEN. Härvidlag är microworks tacksamma för Tyska regering service av både FELIG2 och INNOLIGA3, whereby FELIG fokuserade på att automatisera det processaa och INNOLIGAEN på att se till pålitligheten av en motstå som baserades på den samma grundläggande kemin som SU8.

LIGA och Gjuta

I mycket den första publikationen på LIGA föreslogg Becker4 o.a. att gjuta som långt för att gå för samlas fabriceringen. Från dagens peka av beskådar, den van vid teknologin gör formmellanlägg är stilla opålitligt, som gör det hårt att garantera leverans daterar till kunder. Viktigare, är emellertid att de utstående särdragen som den attraktiva uppehället LIGA är i grunden omöjlig att behålla, i att gjuta: kick-aspekt förhållanden, många särdrag på substraten och kickprecision. Allt detta är bestämt riktigt för injektionen som gjuter, stund hoat utföra i relief, jordbruksprodukter det förväntade drastiskt kostar inte fördel över riktar LIGA. Å andra sidan strukturerar det processaa till gjutit bruk, som en bilda som ska electroplates, belägger med metall aldrig har lyckat visats.

Det finns en annan indikering som att gjuta för LIGA bearbetar inte är kommersiellt livsdugligt: mimotec SA i Schweitz startade ut i de sena för danandeformen för 90-tal i första hand mellanläggen. I Dag dessa belägger med metall sminket mindre än 10% av deras affär, eftersom 90% är rikta som är fabriks- av LIGA, delar.

Ta Fram till Synchrotrons

En huvudsaklig flaskhals för röntgenstrålen LIGA har faktiskt försvunnit över åren: tillgängligheten av synchrotronutstrålning. Ökande tillgänglighet var en ha som huvudämne kliver in mot att vara kompetent pålitligt att möta leverans daterar.

Några synchrotrons erbjuder nu automatiserat tar prov bruk och mätningar i proteincrystallography på en kickgrad av standardisering, som bör vara möjligheten för LIGA-exponeringar som väl. Sedan LIGA-tekniken gäller mer än precis exponeringar, är den tyvärr stilla inte, att lätt att överföra ett processaa från en synchrotron till another. Understödjakällan utfärdar har därför stilla inte löst fullständigt, men tillräckliga argument är på räcker att detta som ska för att inte posera ett problem med hänsyn till potentiellt stort beställer.

LIGA-Normal

Ron Lawes och andra har argumenterat på flera HARMST-konferenser över många år, som de olika LIGA-grupperna behöver för att instämma på en design som en är processaa, och en uppsättning av rekvisita som ska mätas, eventuellt, genom att använda olika metoder, danande, strukturerar och att jämföra resultaten allra grupperna. Tyvärr har detta aldrig uppstått. Kanske sågar den typiska forskare ingen R&D-belöning, i att göra det samma tinget över och över; också har alla av LIGA-grupper varit i konkurrens med varje annan.

Som ett resultat om frågat i dag vilka specifikationer LIGA kan faktiskt uppnå, har gemenskapen inget svar angående precision, maximum aspektförhållanden, sidoväggroughness, verticalityen Etc. Vad vi har, är emellertid ett läge som alla av ha som huvudämne i verkställer att jordbruksprodukternon-ideal resultat har identifierats, och dessa verkställer kan vanligt minimeras av typisk iscensätta att närma sig.

LIGA Maskerar

I vår åsikt här ligger de strängaste bristerna av de sist årtiondena: Fördriva annat grupperar teknologier har rört från 4 att flytta sig mycket långsamt till 6 - och 8 - eller 12 även flytta sig mycket långsamt rån, LIGA fungerar fortfarande med titanium membran2 för en mm 20x60 (SATS), för silikonnitride2 för en mm 30x30 membran (CAMD och HTmicro) och 83 membran för en mmrundagrafit (CAMD och BESSY). Också missade projekterar flera försökt att använda beryllium för dess tydliga fördelar i röntgenstråleapplikationer5.

Det huvudsakligt resonerar för större områden har varit kosta dela upp i faktorer för DRIE, UV LIGA och The Like. Detta pekar aldrig måste att tilltalas av några av LIGAEN centrerar. Emellertid argumenterar vi att de huvudsakliga motivationarna för framkallande stor-område LIGA ska är dess förenlighet med andra teknologier och alternativet för att göra stora apparater.

Vad har uppnåtts, har är den maskera-danande blivit mer realiable i kombination med bättre tar fram för att stråla tid och att möjliggöra markant kortare tider för utvecklingen av första produkter. Emellertid är två upprepningar av en ny design den nödvändiga stillbilden ofta, och det som är stilla, tar mer än halvår.

Vad behöver att uppnås för något framtida perspektiv för LIGA, är en förhöjning av maskeraområdet med ingen eller faktiskt ingen kompromiss till strukturellt kvalitets-.

Microworks Att närma sig

Från början har vår beskickning varit att bli en ledande LIGA-producent. Det har aldrig varit ett starkt ”affärsfall”, därför att annars vi skulle för att inte ha varit den första sådan strävan i Europa. Vi har sökt efter andra fabriks- tillfällen som väl, och inom ett år eller så, projekterar flera ficks. En portföljanalys kan vara ganska ovanlig för microworks för en litet företagnågot liknande, men den hjälper oss den vår uppehället att fokusera. Föreställa såg mycket olik, i faktumet som långt för var olikt i 2008. En omstrukturering av vårt projekterar, sist, men inte least upprätthållit av den finansiella krisen, gör microworks nu att se ganska olika.

Figurera 2. Portföljen av microworks projekterar på avsluta av 2008. Ellipsen storleksanpassar ger ungefärligt slutsumman projekterar värderar, och färga indikerar att det teknologiskt riskerar tillhörande med de teknologiska kraven (från low till kicken - riskera: mörkergrå färg som, är ljusa - grå färg, gräsplan, guling, apelsin).
Figurera 3. Samma som Fig. 2 men i mid-2010. Skillnaderna till 18 månader tidigare kan resumeras som följer: vi instämmde till en något högre grad av teknologiskt riskerar i genomsnitt, men avbrutet kick-riskera projekterar med low gynnar, tillfogade en nyckel- R&D projekterar (i samverkan med SATSEN) och hållna kassakossor.

Skillnaden blir tydligare, när vi ser en annan portföljtäppa efter Wheelright och Clark6. Vi hoppar over molnet föreställer av statusen på avsluta av 2008 och visar endast hur saker ser lik i dag:

Figurera 4. microworks placerade sig om med hänsyn till mångfalden av dess projekterar. En centralR&D projekterar, med servicen av det Statligt av Baden-Württemberg, är fastställd till förhöjning maskerar ut storleksanpassar dramatiskt. All annat projekterar passformen in i strömplattformar eller inkluderar endast minderårigändringar.

Ha som huvudämneR&DEN projekterar fokuserar på maskera-danande, med en betoning på sökande för a långt som erhåller stor-område, maskerar. Tyvärr kan vi inte anmäla på dessa aspekter i dag, sedan en patenterad applikation är stilla pågående. Men vi kan något att säga som, om vi är lyckade, oss ska är kompetent till för- till mycket stora områden, flytta sig mycket långsamt något att sägadet okända 10, och den stilla uppehället som det alternativet av att mönstra maskerar i enstråla.

Avslutningar

Över åren har flera COMS- och HARMST-konferenser sett utmärkta bidrag från LIGA-experter på befordringarna av denna teknologi. Ett kommersiellt lyckat företag inte har ännu synas. Vi har argumenterat i detta bidrag, som storleksanpassatvången av kickprecision, denskriftliga röntgenstrålen maskerar har varit begränsa dela upp i faktorer inte endast med hänsyn till kostar, men med hänsyn till apparaten storleksanpassar också och förenlighet med andra teknologier. Lösa dessa storleksanpassa tvång är det nyckel- utfärdar inför framtiden av LIGA-teknologi. Vi har också argumenterat att den strategiska positioneringen av microworks projekterar samman med en potentiell lösning till maskeraproblemet kan leda till den kommersiellt livsdugliga röntgenstrålen LIGA.


Hänvisar till

  1. LIGA och dess Applikationer; V. Saile, U. Wallrabe, O. Tabata, J.G. Korvink (eds.); Wiley 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  2. FELIG: Röntgentiefenlithographie för Modulare Fertigungsstraße fürMikrobauteile über und Galvanik; Project betalade vid det Tyska Departement av Utbildning och Forskning, 2005 till 2009; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (i Tysk)
  3. INNOLIGA: Innovativt Motstå und Riktar-LIGA-Technologieentwicklung füreine som rentable för KMUs för Fertigungsmethode fürLIGA-Präzisionsteile für stabil för einem mit arbeitenden Röntgen-Negativresist; Project betalade vid det Tyska Departement av Utbildning, och Forskning, 2007 till 2010 avtalar under numrerar 16SV3522
  4. E.W. Becker, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner och D. Muenchmeyer, ”Fabricering av Microstructures med Kick-Aspekt Förhållanden och Stora Strukturella Höjder vid Lithography för SynchrotronUtstrålning, Galvanoforming och Plast- Gjuta (LIGA Bearbetar),” Microelectronic Iscensätta, Vol. 4, Pp. 35ff, 1986.
  5. Se artikeln av Jost Göttert i: LIGA och dess Applikationer; Volker Saile, Ulrike Wallrabe, Osamu Tabata, Jan G. Korvink (eds.); Wiley 2009, ISBN: 978-3-527-31698-4
  6. ”Skapa projektera planerar för att fokusera produktutveckling”, S. Wheelright, K. Clark, den Harvard Affären Granskar, Mars-April 1992, pp. 2-14

Ta Copyrightt på AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:48

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