扫视到 LIGA 的繁荣的远期里

由约阿希姆 Schulz 博士

约阿希姆 Schulz1,2, Marco 瓦尔特1,帕斯卡迈尔2
1microworks,德国
2卡尔斯鲁厄技术研究所 (工具箱)微结构技术学院
对应的作者: joachim.schulz@micro-works.de

包括的事宜

摘要
简介
尝试描述 LIGA 唯一功能
多年来 LIGA 由于市场需要
     LIGA 和造型
     存取到同步加速器
     LIGA 标准
     LIGA 屏蔽
Microworks 的途径
结论

摘要

在过去十年期间,许多应用建议如商业上可行为 LIGA (Lithographie、 Galvanoformung, Abformung (石版印刷,电镀和铸造))。 然而,大多数被推进了到这个市场通过硅 MEMS 甚至经典 microdrilling 和 micromilling。 迄今,不是一个唯一商业 X-射线 LIGA 工作成绩繁荣了,并且技术支持学术 LIGA 中心退色。 然而,作者相信对 LIGA 应用的当前需求,包括 X-射线光学要素例如 LIGA 透镜,精确度开口等,是第二黎明的出现 LIGA 的。

本文比过去和远期技术概要将产生一有战略意义 LIGA。

简介

在 20 世纪 90 年代, LIGA 是 MEMS 的心脏起搏器技术,用于许多聪明的系统例如加速度传感器或光学设备集成与电子读出电路。 此第一 LIGA 炒作导致证明用一个印象深刻的方式的许多不同的展出品技术是非常多才多艺的。 使用 LIGA, Micropumps 做,虽然这种应用确实不使用其中任一个 LIGA 唯一功能。 当判断从学术发行他们的日期,几个这些之中 LIGA 系统先于从竞争的技术的相似的系统。 在这个市场上的 LIGA 的突破仍然未发生。 为什么没有?

最明显的原因是其他技术例如硅微力学由大公司推进,并且经典技术例如 EDM,碾碎,操练等等由许多中小型企业推进达到更多复杂的细致的功能。 它那么乍一看看起来象没有足够的工程计划被放到 LIGA 的功能的推进。

公共机构也许也共享责备: LIGA 中心都未被迫挣其在这个自由市场上的钱。 另外原因也许是 LIGA 是完全太复杂,费时和消耗大的。 并且终于,而其他技术相当提前位和到达满足的复杂适应在 micropatterned 结构的更多功能, LIGA 严重地仍然限于根本在一个基体的二维数与仅几屏蔽级别和几材料的有限选项。

所有上述变元负担若干真相。 然而, microworks 被说服 LIGA 的技术推进和这个市场的近年来需要非常合并将有 LIGA 的适当位置。 一个长年的适当位置是 microgears。 另一个由从同步加速器的需求当前刺激 X-射线光学要素的。 其他示例能是列出的。

在镍, 1600µm 高,长宽比的 LIGA 结构的 160。
在用于的 SU8 的 LIGA 结构集中 X-射线。 最缩小的零件宽是 2 µm 并且扩大数百 µm 下来。
在金子的 LIGA 结构作为磨碎为 X-射线的吸收。 这些结构长宽比在 50 附近
为 LIGA 是典型的图 1. 多种结构: 高方面比例,高精密度,平稳的侧壁。

尝试描述 LIGA 唯一功能

用于促进在 20 世纪 90 年代的 LIGA 迅速列出的四个优点:

  1. 高方面比例
  2. 高侧壁质量/低坎坷
  3. 极其精确度
  4. 完成第 2 自由

首先,这四点是满足说服技术审查的相关球员,从政府到象 IBM 和 Bosch 的更大的公司,到查找到 LIGA。 更多小型化的驱动器是明显的; 然而在硅。 批量只 micromachining 与其严重限制是可用的。

并且接近作为迅速,一可能列出这些优点如何多年来翻滚了。 高方面比例 20 在完全地自由第 2 几何可能由在硅的 DRIE 容易地现在制造; 此技术可以调整到高侧壁质量,并且,如果需要, cryoetching 可以是应用的。

极其精确度为 LIGA 总是被索赔了,但是证明它的方法只在最近被开发了。 结果到目前为止不决定性。

然后有 UV-LIGA,利用 SU8 潜在抵抗制造接近任何适合下列需求: +/-2 µm 精确度,少于 800 µm 高和做镍或镍亚磷作为材料。 此技术在这个市场非常好安置了由 mimotec 在瑞士,表面上离开 X-射线的 LIGA 一点空间。 另一方面,它是成功明显地向显示 LIGA 是竞争技术。 X-射线拥护者的一个正方面: 对 X-射线的暴露使这个处理链子仅消耗大,但是 30 到 50%。

仍有 LIGA 技术的另一个适当位置以我们所见: 并行质量生产微小的结构以高方面比例。 这些是共同努力在合理大长度或区的典型地排列的结构。 一个好例子是最近被发展在工具箱的 X-射线透镜 (上面中央照片),其中每个透镜的集中的范围是非常小的。 然而,当紧挨着时安置数百他们,可以很好利用这个作用。

什么是需要的使用潜在市场的适当位置? 我们将设法回答此在下个部分。

多年来 LIGA 由于市场需要

LIGA 非常好的汇总在一本相当最近书、 LIGA 和其应用 (Saile 产生等 2009)1。 这本书明显地识别 LIGA 作为为做非常好的微结构的一个强大的工具。 在此部分,我们将设法从一家小公司角度看评估这些发现, microworks。 主要标准是: 在第一个零件前介入的时间导致; 值提议的证明通过标准; 并且成本因素。

作为政府资助的 R&D 项目一部分, LIGA 技术的许多方面在过去十年中被论及了,主要地。 他们的目标典型地是识别新的使用,适应 LIGA 进程链子和做第一个零件。 少量项目着重论及 LIGA 进程的技术方面。 对此, microworks 为 FELIG 和 INNOLIGA 德国政府支持是2 感激的3,藉以 FELIG 着重自动化进程和 INNOLIGA 在保证在基本的化学基础上的抵抗的可靠性和 SU8 一样。

LIGA 和造型

在 LIGA 的首先发行,贝克尔等4 建议铸造作为这个方式为质量制造去。 从今天观点,用于的技术做模子插入是不可靠的,使难保证交货日期对客户。 更加重要,然而,是保持 LIGA 有吸引力的未清功能是根本不可能保留在造型: 高方面比例、许多功能在基体和高精度。 而热装饰不生产期待的猛烈花费好处超过直接 LIGA,所有这是特别可靠对于注坯模型。 另一方面,使用被铸造的结构的进程作为表单电镀金属顺利地从未被展示。

有另一个指示 LIGA 造型工具不是商业上可行的: SA mimotec 在瑞士开始主要 20世纪 90年代末做模子插入。 今天,这些组成少于 10% 他们的商业,而 90% 是 LIGA 金属零件直接制造。

存取到同步加速器

X-射线的 LIGA 一个主要瓶颈多年来实际上消失: 同步辐射的可用性。 增加的可用性是往的一个主要步骤能可靠见面交货日期。

有些同步加速器在蛋白质结晶学方面现在提供自动化的范例处理和评定在高度标准化,应该是可能的为 LIGA 风险。 因为 LIGA 技术介入更多比风险,它不幸地仍然不是容易的那从一台同步加速器调用进程到另一个。 完全地仍然解决了因此第二个源问题,但是足够的变元手头这不会提出一个问题关于潜在的大量订购。

LIGA 标准

罗恩 Lawes 和其他论证在几个 HARMST 会议在许多岁月期间多种 LIGA 组需要对一个设计达成协议,一个进程和将被评定的一套属性,可能通过使用不同的方法,做结构和比较所有组的结果。 不幸地,这从未发生。 或许这位典型的研究员没有看到在多次做同一件事的 R&D 奖励; 并且,所有 LIGA 组是与彼此竞争。

结果,如果今天问什么说明 LIGA 能实际上达到,这个社区没有关于精确度、最大长宽比、侧壁坎坷,垂直性等的答复。 然而,什么我们有是所有重大效果生产非理想的结果被识别的情形,并且这些作用可能由典型的工程途径通常减到最小。

LIGA 屏蔽

以我们所见,这里位于最后十年的最严重的缺乏: 当其他批技术从 4 英寸向 6 - 和 8 - 时甚至 12 英寸薄酥饼移动了, LIGA 仍然与 20x60 mm2 钛膜 (工具箱), 30x30 mm2 氮化硅膜 (CAMD 和 HTmicro) 和 83 mm 来回石墨膜一起使用 (CAMD 和 BESSY)。 并且,几个不合格的项目尝试为其明显的好处使用铍在 X-射线应用5

更大的区的主要原因是 DRIE 的,紫外 LIGA 成本因素等等。 此点没有必须由任何 LIGA 中心解决。 然而,我们论证开发的大区 LIGA 的主要刺激将是其与其他技术和做这个的选项的兼容性大设备。

什么达到是该屏蔽做变得 realiable 与对射线时间的更好的存取的组合,启用显着第一个产品的发展的短的时间。 然而,一个新的设计的二迭代在许多情况下是必要的,并且那仍然需要超过六个月。

什么需要为对 LIGA 的所有将来的透视图达到是屏蔽区没有或实际上没有妥协的增量对结构上的质量。

Microworks 的途径

从一开始,我们的任务是成为一个主导的 LIGA 制造商。 因为否则我们不会是第一这样努力在欧洲,它从未是 “企业有力的事实”。 我们寻找其他制造机会,并且在一年内或如此,几个项目获取了。 投资组合分析也许是相当少见的为象 microworks 的一家小公司,但是它帮助我们保留我们的重点。 这张照片查找了非常不同,在 2008年实际上方式太不同。 这次金融危机,最后但不是最不重要的强制执行的我们的项目更改结构,现在做 microworks 查找相当不同。

图 2. microworks 的项目投资组合在 2008年底。 椭圆范围大致产生总项目值,并且颜色指示技术风险与技术需求相关 (从低到高危险: 深灰,浅灰色,绿色,黄色,橙色)。
图 3. 和在中间2010 的图 2 一样,但是。 对 18 个月更加早期的区别可以被总结如下: 我们有些高度技术风险对平均数达成协议,但是取消了与低福利的高危险的项目,添加了一个关键 R&D 项目 (在与工具箱合作下) 并且收留售现物。

当我们查看在 Wheelright 和克拉克之后时的另一种投资组合剧情这个区别变得更加明显6。 我们将跳过这个状态的云彩照片在 2008年底和只显示事情如何看起来象今天:

图 4. microworks 改变了位置自己关于其项目分集。 一个中央 R&D 项目,在 Baden-Württemberg 的支持下状态,开始巨大增加屏蔽范围。 其他项目适合到当前平台或包括仅次要变化。

专业 R&D 项目着重屏蔽做,重点放在搜索方式获得大区屏蔽。 不幸地,因为专利申请进展中,我们不可能今天报告关于这些方面。 但是我们在 e 射线可以说,如果我们是成功的,我们能提前到非常大区,在 10 英寸之外说和仍然保留仿造屏蔽的选项。

结论

多年来,几个 COMS 和 HARMST 会议看到了从 LIGA 专家的非常好的摊缴关于此技术的推进。 一家商业上成功的公司没出现。 我们在此摊缴论证高精度范围约束, e 射线书面 X-射线屏蔽是一个与其他技术的限制因素不仅关于费用,而且关于设备范围和兼容性。 解决这些范围约束是远期的重要问题 LIGA 技术。 我们也论证有战略意义确定 microworks 的项目与可能的解决办法一起对屏蔽问题可能导致商业上可行的 X-射线 LIGA。


参考

  1. LIGA 和其应用; V. Saile, U. Wallrabe, O. Tabata, J.G. Korvink (编辑。); 威里, 2009年,国际标准书号: 978-3-527-31698-4
  2. FELIG : Modulare Fertigungsstraße für Mikrobauteile über Röntgentiefenlithographie und Galvanik; 德国教育部资助的项目和研究, 2005年到 2009年; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (用德语)
  3. INNOLIGA : 创新请抵抗 und Direkt-LIGA-Technologieentwicklung 可出租的 Fertigungsmethode für LIGA-Präzisionsteile für KMUs mit einem stabil arbeitenden Röntgen-Negativresist 的 für eine; 设想资助由德国教育部和研究, 2007年到 2010 下面合同编号 16SV3522
  4. E.W. 贝克尔, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner 和 D. Muenchmeyer, “制造与高方面比例和了不起的结构上的高度的微结构由同步辐射石版印刷, Galvanoforming 和塑料造型 (LIGA 进程)”,微电子学工程,第4卷, Pp. 35ff, 1986年。
  5. 由 Jost Göttert 参见这个条款在: LIGA 和其应用; 弗尔克尔 Saile,乌尔丽克 Wallrabe, Osamu Tabata, Korvink 1月 G. (编辑。); 威里, 2009年,国际标准书号: 978-3-527-31698-4
  6. “创建项目计划集中产品开发”, S. Wheelright, K. 克拉克,哈佛企业复核, 3月 4月 1992年,页。 2-14

版权 AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 03:54

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