Julio Cesar Fernandes e Pedro Barbaroto
LABORATÓRIO NACIONAL DE LUZ SÍNCROTRON - LNLS
TECNOLOGIA LIGA
ÍNDICE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
INTRODUÇÃO
HISTÓRICO
PROCESSO LIGA
PROJETO DE DISPOSITIVOS
APLICAÇÕES
LIGA NO BRASIL
INTRODUÇÃO
• LIGA
• LITOGRAPHY - LITOGRAFIA
• GALVANOFORMUNG - ELETROFORMAÇÃO
• ABFORMTECHNIK - MOLDAGEM
PORTA AMOSTRA PARA LITOGRAFIA POR RAIOS-X.
HISTÓRICO
LIG: ROMANKIW E COLABORADORES, IBM
ESTRUTURAS DE METAL DE 20 mm DE ESPESSURA
L - LITOGRAFIA DE RAIOS-X
1975
1982
LIGA: EHRFELD E COLABORADORES, KfK
ALEMANHA
PORQUE DO LIGA?
• REDUÇÃO DE CUSTO:
– TECNOLOGIA
– FABRICAÇÃO
MICROSSISTEMA PARA ENRIQUECIMENTO DE URÂNIO.
PRODUZIDO POR ELETROFORMAÇÃO DE Ni.
1º PRODUTO FEITO COM PROCESSO LIGA.
PROCESSO LIGA
• LITOGRAFIA PROFUNDA
– ULTRAVIOLETA
– RAIOS-X
• ELETROFORMAÇÃO DE METAL
– Ni, Au, Cr, Al, Cu, Zn, Ag, Ti, Fe e ligas metálicas.
• MOLDAGEM
– POLÍMEROS
– CERÂMICAS
– METAIS
LITOGRAFIA PROFUNDA
1796 – ALOYS SENEFELDER
LITHOS – PEDRA
GRAPHEIN - ESCRITA
• BASE DA TECNOLOGIA LIGA DE MICROFABRICAÇÃO.
• RESISTES (POLÍMEROS FOTOSSENSÍVEIS) COM
ESPESSURA DE 5 ATÉ MILHARES DE MICRONS.
LITOGRAFIA POR UV
• COMPRIMENTO DE ONDA: 430 nm
• QUALIDADE ÓPTICA: BAIXA
• RAZÃO DE ASPECTO ATÉ 20:1
LITOGRAFIA POR RAIOS-X
• COMPRIMENTO DE ONDA: 0,6 nm
• FILMES DE VÁRIOS CENTÍMETROS DE ESPESSURA,
DEPENDENDO DA ENERGIA
• PRECISÃO VERTICAL TÍPICA DE 0,1mm/200 mm DE
ESPESSURA DO FILME
• SUPERFÍCIES COM QUALIDADE ÓPTICA:
RUGOSIDADE DA ORDEM DE 30 nm.
• RAZÃO DE ASPECTO ATÉ 150:1
GERAÇÃO DOS RAIOS-X
• FEIXE ELETRÔNICO DE ALTA ENERGIA ACELERADO POR
CAMPO MAGNÉTICO GERANDO A LUZ SÍNCROTRON
FEIXE DE ELÉTRONS
DIPOLO
LUZ
SÍNCROTRON
IV até RAIOS-X
• MICROFABRICAÇÃO É APLICAÇÃO TECNOLÓGICA
DIRETA MAIS IMPORTANTE DA LUZ SÍNCROTRON
LITOGRAFIA PROFUNDA POR RAIOS-X
RAIOS-X
FILTRO DE Be (125mm #)
FILTRO DE Al (37,5mm #)
SEED LAYER DA MÁSCARA DE KAPTON (0.2mm # Au)
ABSORVEDOR DE AU (1,8mm #) ABSORVEDOR DE SU-8 (20mm#)
FILME DE SU-8 (125 mm #)
SUBSTRATO DE Si
ESPECTRO DEPOIS DA FILTRAGEM 5 - 15 keV
UV vs. RAIOS-X
CARACTERÍSTICA
UV
RAIOS-X
COMPRIMENTO DE ONDA
430 nm
0,6 nm
QUALIDADE ÓPTICA
RUIM
BOA
RAZÃO DE ASPECTO
20:1
150:1
LITOGRAFIA
LUZ SÍNCROTRON
MÁSCARA PARA RAIOS-X
ESTRUTURA
DE RESISTE
PADRÃO ABSORVEDOR
(MOLDE PRIMÁRIO)
RESISTE
EXPOSIÇÃO
REVELAÇÃO
METAL DEPOSITADO
SUBSTRATO
ELETROFORMAÇÃO
ESTRUTURA DE RESISTE
MOLDE
METAL
PRIMÁRIO
MOLDE
SECUNDÁRIO
ELETROFORMADO
(METAL)
METAL DEPOSITADO
SUBSTRATO
(SEED LAYER)
SUBSTRATO
MOLDAGEM
MÉTODO
MATERIAL
INJEÇÃO
POLÍMEROS
(PMMA, PVC, ABS)
CERÂMICAS
POLÍMEROS
(PMMA, POLIURETANO)
CERÂMICAS
INJEÇÃO POR REAÇÃO
COMPRESSÃO A QUENTE
(HOT EMBOSSING)
POLÍMEROS
ELETROFORMAÇÃO
METAIS
MOLDAGEM DE POLÍMEROS
MICROESTRUTURAS
MOLDE
SECUNDÁRIO
EM POLÍMERO
(METAL)
PLACA DE INJEÇÃO
DESMOLDAGEM
ORIFÍCIO DE INJEÇÃO
ENCHIMENTO DO MOLDE
MOLDAGEM DE CERÂMICA
LAMA
MICROESTRUTURA
CERÂMICA
MOLDE EM POLÍMERO
MOLDE EM POLÍMERO
(PERDIDO)
MOLDAGEM DE METAIS
POLÍMERO CONDUTOR
POLÍMERO ISOLANTE
MOLDE
EM POLÍMERO
POLÍMERO
ISOLANTE
MICROESTRUTURA
METAL
MOLDE EM POLÍMERO
ELETROFORMAÇÃO
DESMOLDAGEM
COBERTURA
PREENCHIMENTO
PROJETO DE DISPOSITIVOS
1. DESENHO EM CAD
2. CONFECÇÃO DA MÁSCARA
3. PROCESSO
3.1 ESPALHAMENTO DO RESISTE
3.2 EXPOSIÇÃO A RADIAÇÃO
3.3 REVELAÇÃO
3.4 ELETROFORMAÇÃO E REMOÇÃO
DESENHO EM CAD
ENGRENAGEM
CONFECÇÃO DA MÁSCARA
MÁSCARA PARA RAIOS-X
ABSORVEDOR: 3-15 mm # Au.
SUBSTRATO: MEMBRANA DE Si, Si3N4, Kapton, ...
Eletroformação
Corrosão
Difusão
Silício
Moldura
Boro
KOH
Filme
Litografia
metálico
Remoção
Resiste
MÁSCARA DE KAPTON
ABSORVEDOR: 2mm # Au.
SUBSTRATO: MEMBRANA
DE KAPTON (POLIIMIDA)
DE 25mm #.
ESPALHAMENTO DO RESISTE
(SU-8)
RESISTE
BASE CONDUTORA
SILÍCIO
EXPOSIÇÃO A RADIAÇÃO
RESISTE EXPOSTO
RESISTE
NÃO EXPOSTO
BASE CONDUTORA
SILÍCIO
REVELAÇÃO
RESISTE EXPOSTO
BASE CONDUTORA
SILÍCIO
ENGRENAGEM EM POLÍMERO
SU-8: f =1mm
BRASIL-LNLS
DISPOSITIVOS EM SU-8/UV 125µm #
ENGRENAGENS
POSTES
ESPIRAL
PENEIRA
MOLDES PARA FIOS
TURBINA
TUBOS
ENGRENAGEM f=2mm
ENGRENAGEM f=4mm
ENGRENAGEM (170X)
470µm
BRASIL-LNLS
POSTES (550X)
BRASIL-LNLS
PENEIRA (180X)
BRASIL-LNLS
MOLDES PARA FIOS (550X)
BRASIL-LNLS
TUBOS (270X)
BRASIL-LNLS
DISPOSITIVOS EM SU-8/RAIOS-X 125µm #
ENGRENAGENS
POSTES
ESPIRAL
MOLDE DE FIEIRA
PENEIRA
TUBO VERTICAL
BRASIL-LNLS
ENGRENAGEM (200X)
470µm
BRASIL-LNLS
POSTES (400X)
BRASIL-LNLS
ESPIRAL (400X)
BRASIL-LNLS
MOLDE DE FIEIRAS (400X)
BRASIL-LNLS
PENEIRAS
BRASIL-LNLS
ELETROFORMAÇÃO E REMOÇÃO
METAL
BRASIL-LNLS
APLICAÇÕES
• DISPOSITIVOS:
– ELETROMECÂNICOS
– ELETRÔNICOS
– QUÍMICOS
MICROMÁQUINAS
BRASIL-LNLS
MICROMÁQUINAS
BRASIL-LNLS
DISPOSITIVOS EM POLÍMERO
MOTOR ELETROSTÁTICO
MOLDE PARA ESTUDO DE CERÂMICAS
FERRAMENTAS PARA
MANUSEIO DE PROTEÍNAS
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
MOTOR ELETROSTÁTICO EM SU-8
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
MOLDE PARA ESTUDO DE CERÂMICAS
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
FERRAMENTAS PARA MANUSEIO DE
CRISTAIS DE PROTEÍNAS
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
FORMAS PARA ELETROFORMAÇÃO
CAPACITOR
INDUTOR
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
FORMA DO CAPACITOR EM SU-8
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
FORMA DO INDUTOR EM SU-8
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
DISPOSITIVOS EM COBRE
CAPACITOR
ACELERÔMETRO
INDUTORES - RF
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
CAPACITOR
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
INDUTOR PARA MICROONDAS
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
2
ACELERÔMETRO
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
SCANNER INDUTIVO
LNLS/CCS
SCANNER INDUTIVO
LNLS
FLUXÔMETRO
M. Madou; “Fundamentals of Microfabrication”
MICRO-TURBINA HIDRÁULICA
ALEMANHA - IMT
MICRO-BOMBA DE DIAFRAGMA
ALEMANHA - IMT
MICRO-MOTOR ELÉTRICO
ALEMANHA - IMT
SISTEMAS DE ANÁLISE QUÍMICO DE MISTURAS
DE LÍQUIDO E GASES – LAB ON A CHIP
EUA - SANDIA
SISTEMAS PARA FILTRAÇÃO QUÍMICA
DISPOSITIVO PARA ANÁLISE DE GLICOSE
Mediadorred
Enzimaox
Mediadorox
Enzimared
Produto
e-
Substrato (Analito)
ALEMANHA - BAYER
MICROSSENSORES PARA DETECÇÃO DE
COMPOSTOS POLUENTES
DETECÇÃO DE IMPUREZAS METÁLICAS
DE CHUMBO, CÁDMIO, COBRE (PPB)
EM BEBIDAS E PROCESSOS DE
TRATAMENTO DE ÁGUA
SISTEMA DE ELETROFORESE
CANAIS FLUÍDICOS E SENSORES QUÍMICOS
MISTURADOR
SENSOR PARA ÍONS CLORETO
BRASIL-LNLS
MISTURADOR FLUÍDICO EM CERÂMICA
ALEMANHA - IMT
LNLS
LABORATÓRIO NACIONAL DE LUZ SÍNCROTRON
• MULTIDISCIPLINAR
• OBJETIVO:
1. TECNOLOGIA
2. CIÊNCIA
FONTE DE LUZ DO LNLS
PROPRIEDADE
CARACTERÍSTICAS
ENERGIA DE INJEÇÃO
500MeV
ENERGIA FINAL
1,37 GeV
ABERTURA DO FEIXE
COMPRIMENTO DE
ONDA CRÍTICO
ENERGIA CRÍTICA
VERTICAL: 5 mRad
HORIZONTAL: ATÉ 30 mRad, LIMITADA
POR JANELA EM 10MRAD NA LINHA DE
LITOGRAFIA (XRL).
c = 5.9Å @ 1,37GeV
c = 2,08keV @ 1,37GeV, ONDE
c = 
c
c
LINHA DE RAIOS-X (XRL) DO LNLS
TECNOLOGIA LIGA NO LNLS
• O LNLS POSSUI UMA ESTAÇÃO DE LITOGRAFIA PROFUNDA
POR RAIOS-X E UMA FOTOEXPOSITORA-UV À DISPOSIÇÃO
DE USUÁRIOS.
• PROCESSO DE UM NÍVEL DESENVOLVIDO PARA PRODUÇÃO
DE MICROESTRUTURAS EM POLÍMERO SU-8 E METAIS (AU,
CU E NI).
• ELETROFORMAÇÃO EM BANHOS ÁCIDOS OU NEUTROS
PRODUZINDO ESTRUTURAS DE ATÉ 500mm DE ESPESSURA
(REQUER PROCESSO DE BAIXO STRESS).
• PROJETO MUSA, MULTIUSUÁRIO, APRESENTA UMA
RODADA ANUAL ONDE PODE-SE TESTAR IDÉIAS EM
MICROSISTEMAS.
CONCLUSÃO
• UM CAMPO NOVO DE TRABALHO.
• GRANDES OPORTUNIDADES DE
INOVAÇÃO.
• REQUER INFRAESTRUTURA MAIS BARATA
QUE MICROELETRÔNICA.
• MERCADO CRESCE QUASE 20% AO ANO.
• 34 BILHÕES DE DÓLARES EM 2002.