LIGA
德語縮略詞LIGA（代表工藝步驟：光刻（Lithographie）、電鍍（Galvanik）與成型（Abformung））是指一種基於深度光刻、電鍍與微成型相結合的工藝。LIGA工藝於20世紀80年代初在當時的卡爾斯魯厄核研究中心由埃爾溫·威利·貝克爾和沃爾夫岡·埃爾費爾德[1]領導的團隊開發，最初是作為濃縮鈾的分離噴嘴法開發的一部分，旨在製造極小的分離噴嘴。
該工藝可使用塑料、金屬或陶瓷等材料，製造出最小尺寸達0.2 µm、結構高度達3 mm且深寬比高達50（局部細節結構的深寬比可達500）的微結構。[2]LIGA工藝廣泛應用於微系統技術領域，尤其是微光學領域，特別是在需要製造具有極高深寬比的結構時。
工藝流程[編輯]
- 起始材料是平整的基板，例如矽晶圓或拋光的鈹、銅、鈦或其他材料圓片。若基板本身不導電，則通常通過濺射或蒸發沉積覆蓋一層金屬「種子層」。在種子層上塗覆一層厚的光敏或X射線敏感的正性光刻膠（通常為PMMA）（圖a），參見光刻。
- 對光刻膠進行曝光（圖b）。
- 顯影光刻膠層後，保留下將在電鑄中生成的金屬結構的陰模（圖c）。
- 在電鑄工藝中，金屬沉積在基板上顯影時光刻膠被去除（即種子層裸露）的區域（圖d）。
- 去除光刻膠後，最初只留下基板、種子層和電鑄沉積的金屬（圖e，上）。此時後續工藝有多種選擇：
若多次重複曝光、顯影和電鑄步驟，則可設計出更為複雜的結構，但這些結構必須向基板（晶圓）方向逐漸收縮，否則部件將無法脫模。這限制了所製造結構的複雜性。
若使用LIGA工藝製造的模具進行注塑，與宏觀零件製造相比存在一個特點：無需設置供模具內空氣排出的排氣孔，因為在製造幾百微米尺寸的部件時，模具與配合面接觸面的微小不平整度已足以讓空氣排出。僅需開設用於注入成型材料的進料孔。
變體[編輯]
根據光刻方式的不同，可分為使用X射線（通常來自同步輻射光源）的「X射線LIGA」工藝，以及使用主流半導體技術中常見紫外光的「UV-LIGA」工藝。20世紀90年代，隨著新型光刻膠（特別是SU-8光刻膠）的研發成功，「UV-LIGA」得以實現。在此之前，LIGA幾乎是「X射線LIGA」的代名詞。
另一種變體是通過光刻與深反應離子刻蝕工藝在矽晶圓上製造出母模，隨後進行電鑄與（必要時的）成型。借鑑傳統的LIGA技術，這種與「UV-LIGA」同在20世紀90年代被引入的工藝也被稱為「矽LIGA」。
儘管「UV-LIGA」與「矽LIGA」的精度不如「X射線LIGA」，但其通常所需的資金投入顯著較低，因此有時（基本為中性評價）被稱為「窮人的LIGA工藝」（Poor Man's LIGA）。
材料[編輯]
應用示例[編輯]
LIGA技術可用於製造微型齒輪箱的齒輪（例如牙醫電鑽的鑽頭內部）以及微米級過濾器的噴嘴。由於LIGA工藝的高精度在微光學領域尤為突出，因此在該領域有大量應用，例如微型光譜儀[3]。由於尺寸微小，採用LIGA技術製造的微型齒輪箱無法進行潤滑。因此，開發此類齒輪箱的難點在於尋找能夠自潤滑的材料組合。例如，由「相同」材料製成的兩個齒輪效果就劣於特定「不同」材料的組合。微型電動機由磁性材料構成，通常為鎳/鐵合金。微型電機的部件均採用「微電鑄」工藝製造。
文獻[編輯]
- Saile, Volker (編). LIGA and its applications. Advanced micro & nanosystems. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. 2009. ISBN 978-3-527-31698-4.
- Ehrfeld, Wolfgang; Bähr, Jochen (編). Handbuch Mikrotechnik. München: Hanser. 2002. ISBN 978-3-446-21506-1.
- Menz, W.; Mohr, Jürgen; Paul, Oliver. Mikrosystemtechnik für Ingenieure 3., vollst. Überarb. und erw. Aufl (Online-Ausg.). Weinheim: Wiley-VCH. 2005. ISBN 978-3-527-30536-0.
參考[編輯]
- ↑ Backer, E. W.; Ehrfeld, W.; Münchmeyer, D.; Betz, H.; Heuberger, A.; Pongratz, S.; Glashauser, W.; Michel, H. J.; v. Siemens, R. Production of separation-nozzle systems for uranium enrichment by a combination of X-ray lithography and galvanoplastics. Naturwissenschaften. 1982-11, 69 (11) [2026-04-12]. ISSN 0028-1042. doi:10.1007/BF00463495 （English）.
- ↑ Becker, E.W.; Ehrfeld, W.; Hagmann, P.; Maner, A.; Münchmeyer, D. Fabrication of microstructures with high aspect ratios and great structural heights by synchrotron radiation lithography, galvanoforming, and plastic moulding (LIGA process). Microelectronic Engineering. 1986-05, 4 (1) [2026-04-12]. doi:10.1016/0167-9317(86)90004-3 （English）.
- ↑ Home - Insion GmbH.