LIGA

X 線や UV で深い溝を描き、ニッケルで埋めてから、複製を成形する

LIGA は、背の高く完全にまっすぐな壁をもつ小さな金属部品をつくる工程で、機械式腕時計の中の歯車やぜんまいなどが例です。名前は、連続して行う 3 つの工程を表すドイツ語、リソグラフィー(光でパターンを描く)、電気めっき、成形の頭文字に由来します。どんな切削工具でも届かない、小さくて深い形に到達できます。

写真：Forschungszentrum Karlsruhe, CC BY-SA 3.0, 提供： Wikimedia Commons

LIGA・レジストから成形複製までの 6 つの断面6 つのパネルを、上の段から左から右へ読んでください。丸数字は下のステップに対応しています。

しくみ

厚いレジストを塗る。 レジスト(光で化学変化するプラスチック)の層を、金属のベースプレートに接着します。一般的なレジストは PMMA(アクリル)と SU-8(エポキシ)で、厚さは最大数ミリです。
露光する。 シンクロトロン(強力な光を放つ、リング状の粒子加速器)からの平行な X 線、またはより安価な UV-LIGA では UV 光を、マスクを通して照射します。マスク上の金のパターンが光線を遮り、光が通った部分ではレジストが底まで変化します。これには数時間かかることもあります。
現像する。 化学薬品の浴が、露光されたレジストを溶かします。ほぼ垂直で鏡のようになめらかな壁をもつ、深い溝が残ります。
電鋳する。 めっき浴の中で、電流が各溝の底にむき出しになったベースプレートの上にニッケルを析出させます。金属は上へ成長し、溝を原子ひとつずつ埋めていきます。多くは何時間もかかります。
ラップして剥離する。 上面をラップ(細かい砥粒で平らに研削)し、残ったレジストを溶かします。独立した金属部品が残ります。部品がつながったままなら、金属の型インサートになります。
複製を成形する(任意)。 ニッケルのインサートは、射出成形やホットエンボス(軟化したプラスチックに押しつける)の型として使えます。安価なプラスチックの複製を数千個つくれます。

主なポイント

材料: レジストは PMMA か SU-8。金属はニッケル、ニッケル合金、銅、金。複製はプラスチックやセラミックス
代表的な部品: 時計の歯車やぜんまい、マイクロ歯車、ノズル、MEMS 用のくし歯駆動機構、マイクロ流体チップ用の型
部品サイズ: 形状の大きさは数ミクロン。高さは数十ミクロンから数ミリ。部品は通常、数ミリ角
精度: 横方向はサブミクロンの精度。X 線では高さと幅の比が最大約 100:1
表面仕上げ: 非常になめらかで、ほぼ垂直な、鏡のような側壁
向いているロット数: 金属部品は小〜中ロット、成形したプラスチックの複製は大ロット
金型・設備コスト: X 線 LIGA は希少で高価なシンクロトロンのビームタイムが必要。UV-LIGA は通常の UV ランプを使い、ずっと安価。さらにマスクとめっき浴も必要
速度: 遅い:露光とめっきにそれぞれ数時間かかるが、1 枚のプレートで多数の部品を同時につくれる