[email protected] 24.01.2008 1/22
Mikrofertigung im Anwenderzentrum für Mikrotechnik (AZM)
Workshopzur Fertigung von kleinen Präzisionsteilen für die Medizintechnik und Analytik
Dr. Bernd Löchel [email protected]
Berlin, 24. Januar 2008
[email protected] 24.01.2008 2/22
Inhalt :
Vorstellung des AZM
Röntgenlithographie / LIGA Prozess
Ausgewählte Anwendungen
[email protected] 24.01.2008 3/22
Zahlen:Gründung 2001G.-Investition : 7 Mio € Labore und AusrüstungJährliche Drittmittel ~ 300.000 € (2006)Jährliche Kosten für Reinraum, Labore und Maschinen ~ 230.000 € (2006)
Mitarbeiter:5 Wissenschaftler 5 Ingenieure (Mikrotechnologie/Mechatronik, Feinwerktechnik, Biotechnologie)2 Techniker / Mikrotechnologen3 Doktoranden4 Studentische Hilfskräfte
Ziele:Herstellung und Entwicklung von mikro- and nanostrukturierten Materialien Anwendungsorientierte - industriebezogene ProzessentwicklungUnterstützung BESSY-interner Forschung
[email protected] 24.01.2008 4/22
4 Reinraumbereiche: 350 m2
5 weitere LIGA-Labore: 300 m2
Messtechnik
Lithographie
DünnschichttechnikGalvanik
[email protected] 24.01.2008 5/22
Röntgenlithographie
3 BeamlinesDipolWLSEUV
Jenoptik-Scanner„Reinraumbox“
Reinraum
MesstechnikLithografieDünnschicht Nasschemie
Feinwerktechnik
MateriallaborLäppen, PolierenMetrologie
AbformungNanoimprint, Mikroheißprägen Mikrospritzguss
MetallbearbeitungMikrofräsen, Drahterosion, Funkenerosion
Ausstattung des AZM
[email protected] 24.01.2008 6/22
Hintergrund der LIGA Technik– Entwickelt Anfang der 80er im ehem.
Kernforschungszentrum Karlsruhe (Becker, Ehrfeld et. Al.) W. Ehrfeld: Handbuch Mikrotechnik. Carl Hanser Verlag, München/Wien 2002
– Röntgenlithographie mit SynchrotronstrahlungEigenschaften
– Submikrometer Auflösung – CD bis 200 nm– Aspektverhältnisse > 50 (angelehnte Details bis 500)– Strukturhöhen bis 4 mm– Optische glatte Seitenwände Ra < 30 nm
Situation heute– LIGA-Technologie entwickelt / findet industrielle
Anwendung– Prototypen und Kleinserienherstellung– Nebenschauplätze: UV-LIGA, E-Beam & Si-LIGA,
Nanoimprint– Nutzung der Ausrüstung zur Mikrofertigung
Das LIGA-Verfahren
[email protected] 24.01.2008 7/22
GalvanoformungLithographie
LIGA DirektLIGA
Abformung
Mikrobauteil- Metall
Belichtung mitRöntgenstrahlung
Entwicklung
Metallabscheidung
Formeinsatz
Mikrobauteil - Kunstoff
Replikation in Kunstoff
[email protected] 24.01.2008 8/22
Ergebnisse aus der SU-8 Röntgenlithographie
• Seitenwandsteilheit durch Restlösungsmittelkonzentration beeinflusst• Prozessoptimierung für verschiedene Schichtdicken notwendig
SU-8, 50 µm Säulen,3600 µm hoch
SU-8, Flex-Spline, 2500 µm hoch
SU-8, Getrieberäder, 4000 µm hoch
[email protected] 24.01.2008 9/22
Seitenwandsteilheit bei Flex-Spline-GetrieberädernGemessen mit dem Weißlichtinterferometer
-6.0
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1Height (mm)
Non
-line
ar p
art o
f pro
file
(µm
)
PMMA
SU 8 non-optimised
SU 8 optimised
[email protected] 24.01.2008 10/22
LIGA-Formeinsätze
Partner: Taisei Kogyo Ltd., Osaka
Anforderungen:
• Strukturen SFS: 10 µm • Höhe: 300 µm• Materialhärte: > 51 HRC• Kantensteilheit: ~ 89,9º• Seitwandrauigkeit: Ra < 100 nm
Partner: Holoeye Photonics AG, Berlin
Anforderungen:
• Strukturen SFS: 0,6 µm• Höhe: 580 nm ± 10 nm• Aspektverhältnis: ~ 1 • Kantensteilheit: ~ 89,9º• Seitwandrauigkeit: Ra < 50 nm
[email protected] 24.01.2008 11/22
PMMA-Prägestruktur PMMA-Mikrospritzgussteile
KunststoffreplikationTaisei AG HOLOEYE Photonics AG
[email protected] 24.01.2008 12/22
Spritzgussteil Binäres Hologramm
HOLOEYE Photonics AG
Mikrospritzgussteile
[email protected] 24.01.2008 13/22
Direkt-LIGA - Mikromischer-Schlitzplatten für Mikroreaktoren
Partner: Ehrfeld BTS GmbH, Wendelsheim
Charakteristik: • Material: NiFe (galv.) • Höhe: 300 µm • Materialhärte: > 51 HRC (bis 300 bar Druck)
• Schlitzbreite: 10 µm• Aspektverhältnis: 30
[email protected] 24.01.2008 14/22
Direkt-LIGA – Anker und Ankerräder für Armbanduhren
Charakteristik: • Material: Hartgold (galv.) • Höhe: 300 µm• Genauigkeit: ± 1 µm
Partner: Precision Engineering AG, CH-Neuhausen
Foto: H. Moser & Cie.
• Teile pro 4“-Wafer:105 Paare
[email protected] 24.01.2008 15/22
Direkt-LIGA - Micro Harmonic Drive-Getriebe®
Charakteristik: • Material: NiFe (galv.) • Höhe: 500/1000 µm• Materialhärte: > 51 HRC
Partner: Micromotion GmbH, Mainz
• Spielfreiheit• 6 Getriebeteile• Untersetzung: 1050:1
Getriebetyp: IH-Profil
[email protected] 24.01.2008 16/22
Direkt-LIGA - Micro Harmonic Drive-Getriebe®
Partner: Micromotion GmbH, Mainz
Getriebetyp: P-Profil Hinterschnitte: min. 4 µm breit
[email protected] 24.01.2008 17/22
Partner: Uni Potsdam, ELBAU GmbH, BST GmbH, Berlin
AO-Chip Mikromischer, Mäanderform
µ-TAS und Bio-Chips
Herstellung: Prototyp - Mikrofräsen, Serie - Heißprägen
Strukturgröße: 50 µm, Höhe: 300 µm
[email protected] 24.01.2008 18/22
Super-hydrophobe Oberflächen für Life Sciences
• Künstliche Lungen– Gasaustausch CO2 O2
– Verminderung der Adsorption von Blutzellen• µTAS (micro total analytical system)
– Ergänzung zur Standardmikrofluidik– Reduktion des Probenvolumens, der Durchlaufzeit
und des peripheren Aufwandes
Anwendung:
[email protected] 24.01.2008 19/22
Mikro-optische Bauelemente
Fresnel-Linse für Röntgenstrahlung
BESSY Inhouse
Photonische Kristalle
[email protected] 24.01.2008 20/22
Mikro-optische Bauelemente
Details einer Röntgen-Fresnellinse
BESSY Inhouse
Photonischer Kristalle, Si
[email protected] 24.01.2008 21/22
Mikro-optische Bauelemente
Rainbow-Hologramm Diffraktive Grundelemente
• Sicherheitsmerkmale auf Dokumenten
Anwendung:
![Communist International (Stalinist-Hoxhaists)ciml.250x.com/archive/marx_engels/german/engels_briefe_an_augus… · Z[^k Crg]fZg Zg`^am+ lh aZm l^bg](https://static.unterlagen.site/doc/80x56/602fdbf38ea74068864ed91b/communist-international-stalinist-hoxhaistsciml250xcomarchivemarxengelsgermanengelsbriefeanaugus.jpg)
