لیگا

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
یک موج بر ساخته شده با روش LIGA(پهنای تقریبی: ۵۱۷ میکرومتر )

لیگا (به لاتین: LIGA یا LiGA) مخفف کلمات آلمانی نشان دهنده مراحل مختلف این فرآیند ساخت، یعنی 'Lithographie، Gablvanoformung، Abformung (لیتوگرافی، آب‌کاری و قالب دهی) است. لیگا یک روش برای تولید قطعاتی با ساختار میکرومتری است. کوچکترین بعد ساختار تولید شده با این روش می‌تواند تا ۰/۲ میکرومتر طول و ارتفاعی تا ۳ میلیمتر و نسبت ابعادی‎ تا ۵۰ داشته باشد. با این روش می توان قطعاتی از جنس پلاستیک، فلز یا سرامیک ساخت.[۱] LIGA در فناوری میکرو، به ویژه میکرو اپتیک و اکثراً در مواقعی که به نسبت ابعادی بالا نیاز است، استفاده می شود.
این روش در اوایل دهه ۸۰ میلادی در مرکز تحقیقات هسته ای سابق کارلسروهه در یک تیم به مدیریت ولفگانگ ارفلد و اروین ویلی بکر برای تولید قطعاتی با کاربرد در یک روش غنی سازی اورانیوم ایجاد شد.
مهمترین مراحل ساخت با روش لیگا عبارتند از:

  1. طراحی و ساخت ماسک اولیه، با یک لایه جاذب از جنس طلا به ارتفاع حدودا ۲ میکرومتر، با کمک ‎طرح‌نگارالکترونی و آبکاری با طلا.
  2. رونویسی ماسک اولیه روی ماسک کار با لایه جاذب از جنس طلا با ارتفاع حدودا ۲۵ میکرومتر، با کمک طرح نگاری عمیق پرتو رونتگن و آبکاری با طلا.
  3. رونویسی ماسک کار بر روی یک لایه ۱۰۰ الی ۳۰۰۰ میکرومتری پلاستیکی با روش طرح نگاری عمیق پرتو رونتگن و حل کردن قسمت های نور دیده در محلول شیمیایی.
  4. آبکاری فلزاتی نظیر طلا، نیکل یا مس در داخل قالب پلاستیکی برای ایجاد ساختار میکرو یا یک مهر برجسته از ساختار مورد نظر.
  5. تولید انبوه ساختار میکرو با انتقال ساختار های روی مهر بر روی پلاستیک یا مواد دیگر در دمای بالا.

مراحل ساخت با فن‌آوری لیگا[ویرایش]

تولید یک ماسک اولیه:[ویرایش]

ابتدا طرح ساختار مورد نظر توسط یک نرم‌افزار طراحی رایانه‌ای ایجاد می‌شود که بعدا باید توسط یک طرح‌نگار الکترونی بر روی لایه‌ای‌ از لاک نوری، که بر روی زیرساخت پخش شده است، نگاشته شود. معمولا لایه زیرساخت یک قرص سیلیسیم است که بر روی آن یک لایه کربن و یک لایه ۲ میکرومتری تیتانیم کندوپاش شده است. این لایه در نهایت نقش غشای روی ماسک را بازی می‌کنند. این سطح با یک لایه ۳ میکرومتری از لاک نوری (مثلا PMMA) در یک دستگاه پوشش دورانی لاک اندود می‌شود. این لاک در دمای بالا سخت می‌شود. با شلیک الکترون به این لاک در دستگاه طرح نگار الکترونی زنجیره بلند مولکول‌های آن شکسته می شود که این بخش های پرتو دیده طی فرآیند ظهور در محلول شمیایی حل می‌شوند و تیتانیم زیر آن قسمت ها در دسترس قرار می‌گیرد. سپس با روش آبکاری ۲ میکرومتر طلا بر روی تیتانیم نشانده می شود. طلا توسط بخش های پوشیده شده با لاک جذب نمی شود. این ساختار طلا در نهایت به عنوان یک ساختار جاذب قوی برای امواج رونتگن استفاده می‌شود. در حالی که آن بخش از تیتانیم مستتر در زیر لاک که توسط طلا پوشیده نشده است به دلیل عدد اتمی کم برای امواج رونتگن شفاف‌ است. حال لاک نوری باقی مانده که پرتو ندیده است را توسط سونش خشک می‌زداییم. سپس دورتادور حاشیه ساختار مورد نظر، بر روی لایه تیتانیم، قابی از جنس آلیاژ اینوار[۲] می‌چسبانیم. در دورتادور این قاب لایه تیتانیم را می‌شکافیم و به آرامی بلند میکنیم. وجود لایه کربن اولیه باعث می‌شود که لایه تیتانیم و طلای روی آن به راحتی از سطح سیلسیوم زیرساخت جدا شود. با این ماسک میتوان یک لاک نوری را تا عمق ۷۰ میکرومتر با طرح‌نگاری عمیق رونتگن نوردهی کرد. اما از آنجایی که معمولا ساختار های بسیار بلند تر از ۷۰ میکرومتر مد نظر است احتیاج به ایجاد ماسک کار داریم.

ساخت ماسک کار[ویرایش]

ساختن یک ماسک کار بسیار شبیه ساختن ماسک اولیه است با این تفاوت که به جای استفاده از طرح‌نگار الکترونی، شکل ساختار طلای ماسک اولیه را با کمک طرح‌نگاری عمیق پرتو رونتگن بر روی یک لایه ۶۰ میکرومتری PMMA رونویسی می‌کنیم. پس از ظهور لاک یک لایه ۲۵ میکرو متری طلا را روی ماسک کار آبکاری می‌کنیم. سپس لاک پرتو ندیده را می‌زداییم. با این ماسک جدید به دلیل افزایش یافتن کنتراست پرتو رونتگن می‌توانیم لاک‌هایی تا عمق چندین میلیمتر را نوردهی کنیم.

تولید ساختار میکرومتری بلندتر[ویرایش]

حال ماسک کار می‌تواند به عنوان یک ابزار برای ساخت قطعه با طرح‌نگاری پرتو رونتگن بر روی PMMA با ارتفاع تقریبا ۳ میلیمتر استفاده شود. PMMA با این ارتفاع بلند معمولا به صورت یک فیلم بر روی زیر ساخت چسبانده می‌شود. بقیه فرآیند مانند قبل صورت می‌گیرد و پس از نوردهی لاک، ساختار در محلول شیمیایی ظاهر می‌شود.

آب‌کاری[ویرایش]

در این مرحله ساختار تولید شده در مرحله قبل را در یک حوضچه آب‌کاری فرو مبکنند و بخش های حل شده در مرحله قبل را با فلز (طلا یا نیکل) آب‌کاری می‌کنند. برای این کار باید لایه زیر ساخت طوری آماده شود که رسانای الکتریکی باشد. در این مرحله یا می‌توان مستقیما از ساختار تولید شده استفاده کرد و یا آنقدر به آب‌کاری ادامه داد تا قطعات فلزی از روی سطح بالایی PMMA به هم بپیوندند و تشکیل یک صفحه پیوسته فلزی را بدهند. در این حالت میتوان از ساختار به صورت یک مهر استفاده کرد. از این قالب PMMA میتوان چندین بار استفاده کرد و در عمل معمولا از فلز نیکل برای ساخت این مهر ها استفاده می‌شود.

تولید انبوه با قالب زنی یا تزریق[ویرایش]

این مهر های ایجاد شده با استفاده صحیح می توانند تا چندین ده هزار بار استفاده شوند.با این مهر ها میتوان با تزریق و یا قالب زنی با مواد مختلف قطعات میکرومتری را با هزینه مناسب تولید کرد.

ویژگی‌ها[ویرایش]


ویژگی های قطعات ساخته شده با این روش از قرار زیرند:[۳]

  • درجه آزادی بالای تولید و فرم‌دهی میکرو ساختار.
  • نسبت ابعادی بالاتر از ۱۰۰.
  • قابلیت تولید صفحات موازی و یا صفحات کاملا عمود بر هم.
  • با نوردهی دوباره میتوان صفحات خمیده تولید کرد.
  • صفحات اپتیکی صیقلی (کاملا براق) که به جای آینه اپتیکی میتوان از آنها استفاده کرد.
  • قابلیت تولید ساختار های عمودی با ارتفاع چند میکرو متر تا چند سانتی متر.
  • قابلیت شکل دهی جزییاتی از یک ساختار که اندازه‌ای در محدوده ۵۰ نانومتر دارند.

انواع روش لیگا[ویرایش]

بسته به نوع طرح‌نگاری نوری استفاده شده برای تولید ماسک ها، ما با دو نوع روش لیگا رو به رو هستیم. لیگای رونتگنی که در آن از پرتو رونتگن (از یک سینکروترون) استفاده میشود و لیگای فرابنفش که در آن از پرتو فرا بنفش، مانند پرتودهی در تکنولوژی تولید قطعات نیمه هادی، استفاده می‌شود. روش لیگای فرابنفش در دهه آخر قرن بیستم با توسعه و پیشرفت تولید لاک های نوری به خصوص SU-8 ممکن شد. تا پیش از آن منظور از لیگا همواره لیگای رونتگنی بود.
یک نوع دیگر لیگا تولید یک مستر از یک قرص سیلیسیم، با کمک طرح‌نگاری نوری و سونش عمیق و در ادامه آب‌کاری و در صورت نیاز قالب ریزی است. این روش را با توجه به نام گذاری سنتی روش لیگا به عنوان لیگای سیلیسیوم می‌شناسند.
هم لیگای فرابنفش و هم لیگاهی سیلیسیوم دارای دقت کمتری نسبت به لیگای رونتگنی هستند. اما در مقایسه به هزینه تولید بسیار کمتری منجر می‌شوند که به همین دلیل به آنها روش لیگای فقرا [۴] (Poor man's LIGA) هم می‌گویند.

مواد مورد نیاز در این روش[ویرایش]

مواد مصنوعی: PMMA، POM، PSU، PEEK، PVDF، PC، بسپار کریستال مایع، PA، PE
فلرات: نیکل، مس، طلا، آلیاز نیکل-آهن، فسفید نیکل

سرامیک‌ها: PZT، PMNT، Aluminiumoxid، Zirconium(IV)-oxid

چند نمونه کاربرد[ویرایش]

با روش لیگا می‌توان چرخ‌دنده‌ برای ابزارهای مینیاتوری (مانند سیستم تغییر سرعت در سر موتور مته دندانپزشکی) یا نازل های کوچک برای فیلتر ها ساخت. بکی از کاربردهای ویژه این روش در میکرو اپتیک است که به دلیل دقت بالای ساخت بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.برای مثال قطعات میکرو پراش‌سنج ها با این روش ساخته می‌شوند.این گونه قطعات کوچک را به دلیل ابعادشان نمی توان روغن کاری کرد و هنر تولید با این روش در آنجا نهفته است که بتوان از موادی در تولید قطعات استفاده کرد که به صورت خودکار روانکاری شوند. این بدین معنی است که مثلا استفاده از دو چرخ‌دنده هم‌جنس بدتر از استفاده از دو چرخ‌دنده غیر هم‌جنس است.

منابع[ویرایش]

  • مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «LIGA»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۷ ژوئیه ۲۰۱۳).
  1. E. W. Becker, W. Ehrfeld, P. Hagmann, A. Maner, D. Münchmeyer: Fabrication of microstructures with high aspect ratios and great structural heights by synchrotron radiation lithography, galvanoforming, and plastic moulding (LIGA process). In: Microelectronic Engineering. 4, No. 1, 1986, p. 35-56 (نشانگر دیجیتالی شی:10.1016/0167-9317(86)90004-3).
  2. Invar
  3. http://www.imt.kit.edu/liga.php
  4. http://www.springerreference.com/docs/html/chapterdbid/67042.html
  • ویکی‌پدیا آلمانی