Pelajaran 13.7Mikro & nanoBab 13 · Mikro- dan nanofabrikasi

LIGA

Menggambar alur dalam dengan sinar-X atau UV, mengisinya dengan nikel, lalu mencetak salinan

LIGA membuat komponen logam kecil dengan dinding tinggi yang benar-benar lurus, seperti roda gigi dan pegas di dalam beberapa jam tangan mekanis. Namanya singkatan dari kata Jerman untuk litografi (menggambar pola dengan cahaya), elektroplating, dan pencetakan, tiga langkah yang dirangkainya. Ia mencapai bentuk yang terlalu kecil dan terlalu dalam untuk perkakas potong mana pun.

Foto: Forschungszentrum Karlsruhe, CC BY-SA 3.0, melalui Wikimedia Commons

LIGA · enam penampang dari resist hingga salinan cetakBaca keenam panel dari kiri ke kanan, baris atas lebih dulu; angka dalam lingkaran sesuai dengan langkah-langkah di bawah.

Cara kerjanya

Lapisi resist tebal. Lapisan resist, plastik yang bisa diubah secara kimia oleh cahaya, diikat pada pelat dasar logam. Resist umum adalah PMMA (akrilik) dan SU-8 (epoksi), setebal hingga milimeter.
Ekspos. Sinar-X paralel dari synchrotron (akselerator partikel berbentuk cincin yang memancarkan cahaya intens), atau cahaya UV pada UV-LIGA yang lebih murah, menyinari melalui masker. Bercak emas pada masker menghalangi sinar; di tempat sinar lolos, resist berubah hingga ke dasar, yang bisa butuh berjam-jam.
Kembangkan. Bak kimia melarutkan resist yang terekspos. Alur dalam tersisa, dengan dinding hampir vertikal yang halus seperti cermin.
Electroform. Dalam bak pelapisan, arus listrik mengendapkan nikel pada pelat dasar yang terbuka di dasar setiap alur. Logam tumbuh ke atas dan mengisi alur atom demi atom, sering selama banyak jam.
Lap dan kupas. Bagian atas di-lap (digerinda rata dengan abrasif halus), lalu sisa resist dilarutkan. Komponen logam berdiri bebas tersisa, atau insert cetakan logam jika tetap tersambung.
Cetak salinan (opsional). Insert nikel berfungsi sebagai cetakan untuk cetak injeksi atau hot embossing (menekannya ke plastik yang dilunakkan). Bisa membuat ribuan replika plastik murah.

Fakta kunci

Material: Resist: PMMA atau SU-8; logam: nikel, paduan nikel, tembaga, emas; salinan dalam plastik atau keramik
Komponen khas: Roda gigi dan pegas jam tangan, mikro-roda gigi, nosel, comb drive untuk MEMS, cetakan untuk chip mikrofluida
Ukuran komponen: Fitur beberapa mikron; tinggi dari puluhan mikron hingga milimeter; komponen biasanya selebar milimeter
Presisi: Akurasi sub-mikron ke samping; rasio tinggi-terhadap-lebar hingga sekitar 100:1 dengan sinar-X
Hasil permukaan: Dinding samping sangat halus, hampir vertikal, seperti cermin
Ukuran batch yang cocok: Komponen logam dalam seri kecil hingga menengah; salinan plastik cetak dalam seri besar
Biaya perkakas dan mesin: LIGA sinar-X butuh waktu synchrotron yang langka dan mahal; UV-LIGA memakai lampu UV biasa dan jauh lebih murah; plus masker dan bak pelapisan
Kecepatan: Lambat: pengeksposan dan pelapisan masing-masing butuh jam, tetapi satu pelat membawa banyak komponen sekaligus

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Dinding sangat tinggi dan tipis yang tetap hampir vertikal dan halus
Presisi sub-mikron pada komponen setinggi milimeter
Komponen logam padat, bukan hanya pelapis tipis
Cetakan logam membuat salinan plastik yang murah

Batasan

Versi sinar-X butuh synchrotron: langka dan mahal
Waktu pengeksposan dan pelapisan yang lama
Hanya bentuk 2,5D (kontur datar yang diekstrusi lurus ke atas), tanpa undercut
UV-LIGA lebih murah tetapi kurang tinggi dan kurang presisi

Di mana dipakai

Pembuatan jam tanganEscape wheel, anchor, pegas, jarum (komponen nikel UV-LIGA)
MEMS (micro-electro-mechanical systems, mesin kecil pada chip)Mikro-roda gigi, aktuator, comb drive, saklar optik
MedisMikro-jarum, cetakan untuk kartu uji mikrofluida, komponen alat bantu dengar
Optik dan sinar-XLensa sinar-X, cetakan mikro-spektrometer, kisi
ElektronikMikro-konektor, jarum probe untuk menguji chip
Energi (historis)Nosel pemisah untuk pengayaan uranium, asal usul LIGA pada 1980-an

Cara mengenalinya

Anda jarang akan melihat komponen LIGA: mereka tersembunyi di dalam jam tangan mekanis, probe card pengujian chip, dan perangkat mikrofluida.
Roda gigi atau pegas logam kecil dengan dinding yang begitu lurus dan mengilap hingga tampak dipoles, lebih tipis daripada rambut di beberapa tempat.
Kontur yang sama dari atas hingga bawah, dengan sudut dalam tajam dan tanpa draft (kemiringan kecil yang dibutuhkan sebagian besar komponen cetak).
Salinan LIGA hasil cetak: chip plastik bening dengan mikro-saluran atau pilar kecil, hanya terlihat di bawah kaca pembesar.

Bandingkan dengan

Fotolitografi13.2langkah menggambar dengan cahaya yang sama, tetapi pada resist tipis untuk pola chip datar; LIGA masuk dalam dan menambah logam.Electroforming11.7menumbuhkan komponen logam dengan melapisi pada pola; LIGA adalah electroforming di dalam mikro-cetakan litografi.Permesinan laser femtosekon13.6juga membuat mikro-komponen, tetapi dengan membuang material dari lembaran padat; LIGA menumbuhkannya, dengan dinding lebih lurus dan lebih tinggi.

Tonton

Support Center for Microsystems Education · Penelusuran animasi setiap langkah LIGA

sylmandcls · Beamline litografi sinar-X sungguhan di synchrotron

Mimotec SA · Bagaimana pembuat dari Swiss memproduksi komponen jam tangan UV-LIGA

Tech Ed · Posisi LIGA di antara cara-cara lain membuat mikro-mesin

Lihat foto asli

Wikipedia: LIGA — foto nosel pengayaan uranium, saklar optik, cetakan mikro-spektrometer, dan lensa sinar-X
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

LIGA: menggambar alur dalam dengan sinar-X atau UV, mengisinya dengan nikel, lalu opsional mencetak salinan.
Membuat mikro-komponen berdinding tinggi dan lurus yang tidak terjangkau perkakas potong mana pun.
LIGA sinar-X paling presisi tetapi butuh synchrotron; UV-LIGA adalah andalan pembuatan jam tangan yang lebih murah.