掃視到 LIGA 的繁榮的遠期裡

由約阿希姆 Schulz 博士

約阿希姆 Schulz1,2, Marco 瓦爾特1,帕斯卡邁爾2
1microworks,德國
2卡爾斯魯厄技術研究所 (工具箱)微結構技術學院
對應的作者: joachim.schulz@micro-works.de

包括的事宜

摘要
簡介
嘗試描述 LIGA 唯一功能
多年來 LIGA 由於市場需要
     LIGA 和造型
     存取到同步加速器
     LIGA 標準
     LIGA 屏蔽
Microworks 的途徑
結論

摘要

在過去十年期間,許多應用建議如商業上可行為 LIGA (Lithographie、 Galvanoformung, Abformung (石版印刷,電鍍和鑄造))。 然而,大多數被推進了到這個市場通過硅 MEMS 甚至經典 microdrilling 和 micromilling。 迄今,不是一個唯一商業 X-射線 LIGA 工作成績繁榮了,并且技術支持學術 LIGA 中心退色。 然而,作者相信對 LIGA 應用的當前需求,包括 X-射線光學要素例如 LIGA 透鏡,精確度開口等,是第二黎明的出現 LIGA 的。

本文比過去和遠期技術概要將產生一有戰略意義 LIGA。

簡介

在 20 世紀 90 年代, LIGA 是 MEMS 的心臟起搏器技術,用於許多聰明的系統例如加速度傳感器或光學設備集成與電子讀出電路。 此第一 LIGA 炒作導致證明用一個印象深刻的方式的許多不同的展出品技術是非常多才多藝的。 使用 LIGA, Micropumps 做,雖然這種應用確實不使用其中任一個 LIGA 唯一功能。 當判斷從學術發行他們的日期,幾個這些之中 LIGA 系統先於從競爭的技術的相似的系統。 在這個市場上的 LIGA 的突破仍然未發生。 為什麼沒有?

最明顯的原因是其他技術例如硅微力學由大公司推進,并且經典技術例如 EDM,碾碎,操練等等由許多中小型企業推進達到更多複雜的細致的功能。 它那麼乍一看看起來像沒有足够的工程計劃被放到 LIGA 的功能的推進。

公共機構也許也共享責備: LIGA 中心都未被迫掙其在這個自由市場上的錢。 另外原因也許是 LIGA 是完全太複雜,費時和消耗大的。 并且終於,而其他技術相當提前位和到達滿足的複雜適應在 micropatterned 結構的更多功能, LIGA 嚴重地仍然限於根本在一個基體的二維數與仅幾屏蔽級別和幾材料的有限選項。

所有上述變元負擔若乾真相。 然而, microworks 被說服 LIGA 的技術推進和這個市場的近年來需要非常合併將有 LIGA 的適當位置。 一個長年的適當位置是 microgears。 另一個由從同步加速器的需求當前刺激 X-射線光學要素的。 其他示例能是列出的。

在鎳, 1600µm 高,長寬比的 LIGA 結構的 160。
在用於的 SU8 的 LIGA 結構集中 X-射線。 最縮小的零件寬是 2 µm 并且擴大數百 µm 下來。
在金子的 LIGA 結構作為磨碎為 X-射線的吸收。 這些結構長寬比在 50 附近
為 LIGA 是典型的圖 1. 多種結構: 高方面比例,高精密度,平穩的側壁。

嘗試描述 LIGA 唯一功能

用於促進在 20 世紀 90 年代的 LIGA 迅速列出的四個優點:

  1. 高方面比例
  2. 高側壁質量/低坎坷
  3. 極其精確度
  4. 完成第 2 自由

首先,這四點是滿足說服技術審查的相關球員,從政府到像 IBM 和 Bosch 的更大的公司,到查找到 LIGA。 更多小型化的驅動器是明顯的; 然而在硅。 批量只 micromachining 與其嚴重限制是可用的。

并且接近作為迅速,一可能列出這些優點如何多年來翻滾了。 高方面比例 20 在完全地自由第 2 幾何可能由在硅的 DRIE 容易地現在製造; 此技術可以調整到高側壁質量,并且,如果需要, cryoetching 可以是應用的。

極其精確度為 LIGA 總是被索賠了,但是證明它的方法只在最近被開發了。 結果到目前為止不決定性。

然後有 UV-LIGA,利用 SU8 潛在抵抗製造接近任何適合下列需求: +/-2 µm 精確度,少於 800 µm 高和做鎳或鎳亞磷作為材料。 此技術在這個市場非常好安置了由 mimotec 在瑞士,表面上離開 X-射線的 LIGA 一點空間。 另一方面,它是成功明顯地向顯示 LIGA 是競爭技術。 X-射線擁護者的一個正方面: 對 X-射線的暴露使這個處理鏈子仅消耗大,但是 30 到 50%。

仍有 LIGA 技術的另一個適當位置以我们所见: 並行質量生產微小的結構以高方面比例。 這些是共同努力在合理大長度或區的典型地排列的結構。 一個好例子是最近被發展在工具箱的 X-射線透鏡 (上面中央照片),其中每個透鏡的集中的範圍是非常小的。 然而,當緊挨著時安置數百他們,可以很好利用這個作用。

什麼是需要的使用潛在市場的適當位置? 我們將設法回答此在下個部分。

多年來 LIGA 由於市場需要

LIGA 非常好的彙總在一本相當最近書、 LIGA 和其應用 (Saile 產生等 2009)1。 這本書明顯地識別 LIGA 作為為做非常好的微結構的一個強大的工具。 在此部分,我們將設法從一家小公司角度看評估這些發現, microworks。 主要標準是: 在第一個零件前介入的時間導致; 值提議的證明通過標準; 並且成本因素。

作為政府資助的 R&D 項目一部分, LIGA 技術的許多方面在過去十年中被論及了,主要地。 他們的目標典型地是識別新的使用,適應 LIGA 進程鏈子和做第一個零件。 少量項目著重論及 LIGA 進程的技術方面。 對此, microworks 為 FELIG 和 INNOLIGA 德國政府支持是2 感激的3,藉以 FELIG 著重自動化進程和 INNOLIGA 在保證在基本的化學基礎上的抵抗的可靠性和 SU8 一樣。

LIGA 和造型

在 LIGA 的首先發行,貝克爾等4 建議鑄造作為這個方式為質量製造去。 從今天觀點,用於的技術做模子插入是不可靠的,使難保證交貨日期对客戶。 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、許多功能在基體和高精度。 而熱裝飾不生產期待的猛烈花費好處超過直接 LIGA,所有這是特別可靠對於注坯模型。 另一方面,使用被鑄造的結構的進程作為表單電鍍金屬順利地從未被展示。

有另一個指示 LIGA 造型工具不是商業上可行的: SA mimotec 在瑞士開始主要 20世紀 90年代末做模子插入。 今天,這些組成少於 10% 他們的商業,而 90% 是 LIGA 金屬零件直接製造。

存取到同步加速器

X-射線的 LIGA 一個主要瓶頸多年來實際上消失: 同步輻射的可用性。 增加的可用性是往的一個主要步驟能可靠見面交貨日期。

有些同步加速器在蛋白質結晶學方面現在提供自動化的範例處理和評定在高度標準化,應該是可能的為 LIGA 風險。 因為 LIGA 技術介入更多比風險,它不幸地仍然不是容易的那從一臺同步加速器調用進程到另一個。 完全地仍然解決了因此第二個源問題,但是足够的變元手頭這不會提出一個問題關於潛在的大量訂購。

LIGA 標準

羅恩 Lawes 和其他論證在幾個 HARMST 會議在許多歲月期間多種 LIGA 組需要對一個設計達成協議,一個進程和將被評定的一套屬性,可能通過使用不同的方法,做結構和比較所有組的結果。 不幸地,這從未發生。 或許這位典型的研究員沒有看到在多次做同一件事的 R&D 獎勵; 並且,所有 LIGA 組是與彼此競爭。

結果,如果今天問什麼說明 LIGA 能實際上達到,這個社區沒有關於精確度、最大長寬比、側壁坎坷,垂直性等的答復。 然而,什麼我們有是所有重大效果生產非理想的結果被識別的情形,并且這些作用可能由典型的工程途徑通常減到最小。

LIGA 屏蔽

以我们所见,這裡位於最後十年的最嚴重的缺乏: 當其他批技術從 4 英寸向 6 - 和 8 - 時甚至 12 英寸薄酥餅移動了, LIGA 仍然與 20x60 mm2 鈦膜 (工具箱), 30x30 mm2 氮化硅膜 (CAMD 和 HTmicro) 和 83 mm 來回石墨膜一起使用 (CAMD 和 BESSY)。 並且,幾個不合格的項目嘗試為其明顯的好處使用鈹在 X-射線應用5

更大的區的主要原因是 DRIE 的,紫外 LIGA 成本因素等等。 此點沒有必須由任何 LIGA 中心解決。 然而,我們論證開發的大區 LIGA 的主要刺激將是其與其他技術和做這個的選項的兼容性大設備。

什麼達到是該屏蔽做變得 realiable 與對射線時間的更好的存取的組合,啟用顯著第一個產品的發展的短的時間。 然而,一個新的設計的二迭代在許多情況下是必要的,并且那仍然需要超過六個月。

什麼需要為對 LIGA 的所有將來的透視圖達到是屏蔽區沒有或實際上沒有妥協的增量對結構上的質量。

Microworks 的途徑

從一開始,我們的任務是成為一個主導的 LIGA 製造商。 因為否則我們不會是第一這樣努力在歐洲,它從未是 「企業有力的事實」。 我們尋找其他製造機會,并且在一年內或如此,幾個項目獲取了。 投資組合分析也許是相當少見的為像 microworks 的一家小公司,但是它幫助我們保留我們的重點。 這張照片查找了非常不同,在 2008年實際上方式太不同。 這次金融危機,最后但不是最不重要的強制執行的我們的項目更改結構,現在做 microworks 查找相當不同。

圖 2. microworks 的項目投資組合在 2008年底。 橢圓範圍大致產生總項目值,并且顏色指示技術風險與技術需求相關 (從低到高危險: 深灰,淺灰色,綠色,黃色,橙色)。
圖 3. 和在中間2010 的圖 2 一樣,但是。 對 18 個月更加早期的區別可以被總結如下: 我們有些高度技術風險對平均數達成協議,但是取消了與低福利的高危險的項目,添加了一個關鍵 R&D 項目 (在與工具箱合作下) 并且收留售現物。

當我們查看在 Wheelright 和克拉克之後時的另一種投資組合劇情這個區別變得更加明顯6。 我們將跳過這個狀態的雲彩照片在 2008年底和只顯示事情如何看起來像今天:

圖 4. microworks 改變了位置自己關於其項目分集。 一個中央 R&D 項目,在 Baden-Württemberg 的支持下狀態,開始巨大增加屏蔽範圍。 其他項目適合到當前平臺或包括仅次要變化。

專業 R&D 項目著重屏蔽做,重點放在搜索方式獲得大區屏蔽。 不幸地,因為專利申請進展中,我們不可能今天報告關於這些方面。 但是我們在 e 射線可以說,如果我們是成功的,我們能提前到非常大區,在 10 英寸之外說和仍然保留仿造屏蔽的選項。

結論

多年來,幾個 COMS 和 HARMST 會議看到了從 LIGA 專家的非常好的攤繳關於此技術的推進。 一家商業上成功的公司沒出現。 我們在此攤繳論證高精度範圍約束, e 射線書面 X-射線屏蔽是一個與其他技術的限制因素不僅關於費用,而且關於設備範圍和兼容性。 解決這些範圍約束是遠期的重要問題 LIGA 技術。 我們也論證有戰略意義確定 microworks 的項目與可能的解決辦法一起對屏蔽問題可能導致商業上可行的 X-射線 LIGA。


參考

  1. LIGA 和其應用; V. Saile, U. Wallrabe, O. Tabata, J.G. Korvink (編輯。); 威里, 2009年,國際標準書號: 978-3-527-31698-4
  2. FELIG : Modulare Fertigungsstraße für Mikrobauteile über Röntgentiefenlithographie und Galvanik; 德國教育部資助的項目和研究, 2005年到 2009年; http://www.imt.kit.edu/downloads/FELIG-Broschuere.pdf (用德語)
  3. INNOLIGA : 創新请抵抗 und Direkt-LIGA-Technologieentwicklung 可出租的 Fertigungsmethode für LIGA-Präzisionsteile für KMUs mit einem stabil arbeitenden Röntgen-Negativresist 的 für eine; 設想資助由德國教育部和研究, 2007年到 2010 下面合同編號 16SV3522
  4. E.W. 貝克爾, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner 和 D. Muenchmeyer, 「製造與高方面比例和了不起的結構上的高度的微結構由同步輻射石版印刷, Galvanoforming 和塑料造型 (LIGA 進程)」,微電子學工程,第4捲, Pp. 35ff, 1986年。
  5. 由 Jost Göttert 參見這個條款在: LIGA 和其應用; 弗爾克爾 Saile,烏爾麗克 Wallrabe, Osamu Tabata, Korvink 1月 G. (編輯。); 威里, 2009年,國際標準書號: 978-3-527-31698-4
  6. 「創建項目計劃集中產品開發」, S. Wheelright, K. 克拉克,哈佛企業覆核, 3月 4月 1992年,頁。 2-14

版權 AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 03:58

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