Julio Cesar Fernandes e Pedro BarbarotoLABORATÓRIO NACIONAL DE LUZ SÍNCROTRON - LNLS

TECNOLOGIA LIGA

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO 2. HISTÓRICO 3. PROCESSO LIGA 4. PROJETO DE DISPOSITIVOS 5. APLICAÇÕES 6. 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 m 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

• BASE DA TECNOLOGIA LIGA DE MICROFABRICAÇÃO.• RESISTES (POLÍMEROS FOTOSSENSÍVEIS) COM

ESPESSURA DE 5 ATÉ MILHARES DE MICRONS.

1796 – ALOYS SENEFELDERLITHOS – PEDRAGRAPHEIN - ESCRITA

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 0,1m/200 m 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

DIPOLOLUZ SÍNCROTRONIV até RAIOS-X

• MICROFABRICAÇÃO É APLICAÇÃO TECNOLÓGICA DIRETA MAIS IMPORTANTE DA LUZ SÍNCROTRON

LITOGRAFIA PROFUNDA POR RAIOS-XRAIOS-X

FILTRO DE Be (125m #)

FILTRO DE Al (37,5m #)

FILME DE SU-8 (125 m #)SUBSTRATO DE Si

ABSORVEDOR DE AU (1,8m #) ABSORVEDOR DE SU-8 (20m#)

SEED LAYER DA MÁSCARA DE KAPTON (0.2m # Au)

ESPECTRO DEPOIS DA FILTRAGEM 5 - 15 keV

UV vs. RAIOS-XCARACTERÍSTICA UV RAIOS-X

COMPRIMENTO DE ONDA 430 nm 0,6 nm

QUALIDADE ÓPTICA RUIM BOA

RAZÃO DE ASPECTO 20:1 150:1

LITOGRAFIA

RESISTE

SUBSTRATO

EXPOSIÇÃO

LUZ SÍNCROTRON

MÁSCARA PARA RAIOS-X

PADRÃO ABSORVEDOR

METAL DEPOSITADO

ESTRUTURA DE RESISTE (MOLDE PRIMÁRIO)

SUBSTRATO

REVELAÇÃO METAL DEPOSITADO

ELETROFORMAÇÃO

ESTRUTURA DE RESISTE

SUBSTRATO

MOLDE PRIMÁRIOMETAL DEPOSITADO(SEED LAYER)SUBSTRATO METAL

ELETROFORMADOMOLDE SECUNDÁRIO (METAL)

MOLDAGEMMÉTODO MATERIALINJEÇÃO POLÍMEROS

(PMMA, PVC, ABS)CERÂMICAS

INJEÇÃO POR REAÇÃOPOLÍMEROS

(PMMA, POLIURETANO)CERÂMICAS

COMPRESSÃO A QUENTE (HOT EMBOSSING)

POLÍMEROS

ELETROFORMAÇÃO METAIS

MOLDAGEM DE POLÍMEROS

MOLDE SECUNDÁRIO (METAL)

PLACA DE INJEÇÃO

ORIFÍCIO DE INJEÇÃO

MOLDE SECUNDÁRIO (METAL)

PLACA DE INJEÇÃO

ORIFÍCIO DE INJEÇÃO ENCHIMENTO DO MOLDE

MICROESTRUTURAS EM POLÍMERO

DESMOLDAGEM

MOLDAGEM DE CERÂMICA

MOLDE EM POLÍMERO

MOLDE EM POLÍMERO (PERDIDO)

LAMA CERÂMICAMICROESTRUTURA

MOLDAGEM DE METAIS

MOLDE EM POLÍMERO

MOLDE EM POLÍMERO

POLÍMERO ISOLANTE PREENCHIMENTO

MOLDE EM POLÍMERO

POLÍMERO ISOLANTE

POLÍMERO CONDUTOR COBERTURA

POLÍMERO ISOLANTE

POLÍMERO CONDUTOR DESMOLDAGEM

POLÍMERO ISOLANTE

POLÍMERO CONDUTOR ELETROFORMAÇÃO

METAL MICROESTRUTURA

PROJETO DE DISPOSITIVOS

1. DESENHO EM CAD 2. CONFECÇÃO DA MÁSCARA3. PROCESSO

3.1 ESPALHAMENTO DO RESISTE3.2 EXPOSIÇÃO A RADIAÇÃO3.3 REVELAÇÃO3.4 ELETROFORMAÇÃO E REMOÇÃO

DESENHO EM CAD

ENGRENAGEM

CONFECÇÃO DA MÁSCARA

MÁSCARA PARA RAIOS-XABSORVEDOR: 3-15 m # Au.

SUBSTRATO: MEMBRANA DE Si, Si3N4, Kapton, ...

SilícioDifusão Boro

Corrosão KOHFilme

metálicoResisteLitografiaEletroformaçã

oMolduraRemoção

MÁSCARA DE KAPTON

ABSORVEDOR: 2m # Au.

SUBSTRATO: MEMBRANA DE KAPTON (POLIIMIDA) DE 25m #.

ESPALHAMENTO DO RESISTE

RESISTE

BASE CONDUTORA

SILÍCIO

(SU-8)

EXPOSIÇÃO A RADIAÇÃO

RESISTE NÃO EXPOSTO

BASE CONDUTORA

SILÍCIO

RESISTE EXPOSTO

REVELAÇÃO

RESISTE EXPOSTO

BASE CONDUTORA

SILÍCIO

ENGRENAGEM EM POLÍMERO

SU-8: =1mm

BRASIL-LNLS

DISPOSITIVOS EM SU-8/UV 125µm #

ENGRENAGENS

PENEIRA

POSTES

TUBOS

MOLDES PARA FIOS

ENGRENAGEM 2mm ENGRENAGEM 4mm

ESPIRAL

TURBINA

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

ESPIRAL

PENEIRA

POSTES

MOLDE DE FIEIRA

TUBO VERTICAL BRASIL-LNLS

470µm

ENGRENAGEM (200X)

BRASIL-LNLS

POSTES (400X)

BRASIL-LNLS

ESPIRAL (400X)

BRASIL-LNLS

MOLDE DE FIEIRAS (400X)

BRASIL-LNLS

PENEIRAS

BRASIL-LNLS

ELETROFORMAÇÃO E REMOÇÃO

BRASIL-LNLS

METAL

APLICAÇÕES

• DISPOSITIVOS:

– ELETROMECÂNICOS– ELETRÔNICOS– QUÍMICOS

MICROMÁQUINAS

BRASIL-LNLS

MICROMÁQUINAS

BRASIL-LNLS

DISPOSITIVOS EM POLÍMERO

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

MOTOR ELETROSTÁTICO MOLDE PARA ESTUDO DE CERÂMICAS

FERRAMENTAS PARA MANUSEIO DE PROTEÍNAS

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

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

CAPACITOR INDUTOR

FORMA DO CAPACITOR EM SU-8

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

FORMA DO INDUTOR EM SU-8

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

DISPOSITIVOS EM COBRE

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

ACELERÔMETROCAPACITOR

INDUTORES - RF

CAPACITOR

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

INDUTOR PARA MICROONDAS

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

ACELERÔMETRO

BRASIL-LNLS: MUSA99/01

2

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

Enzimaox

Enzimared Substrato (Analito)

Produto

Mediadorox

Mediadorred

e-

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 CLORETOBRASIL-LNLS

MISTURADOR FLUÍDICO EM CERÂMICA

ALEMANHA - IMT

L N L S LABORATÓRIO NACIONAL DE LUZ SÍNCROTRON

• MULTIDISCIPLINAR• OBJETIVO:

1. TECNOLOGIA2. CIÊNCIA

FONTE DE LUZ DO LNLS

PROPRIEDADE CARACTERÍSTICASENERGIA DE INJEÇÃO 500MeV

ENERGIA FINAL 1,37 GeV

ABERTURA DO FEIXE VERTICAL: 5 mRadHORIZONTAL: ATÉ 30 mRad, LIMITADA POR JANELA EM 10MRAD NA LINHA DE LITOGRAFIA (XRL).

COMPRIMENTO DE ONDA CRÍTICO

c = 5.9Å @ 1,37GeV

ENERGIA CRÍTICA c = 2,08keV @ 1,37GeV, ONDE

cc

c

LINHA DE RAIOS-X (XRL) DO LNLS

TECNOLOGIA LIGA NO LNLS

• 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 500m DE ESPESSURA (REQUER PROCESSO DE BAIXO STRESS).

• PROJETO MUSA, MULTIUSUÁRIO, APRESENTA UMA RODADA ANUAL ONDE PODE-SE TESTAR IDÉIAS EM MICROSISTEMAS.

• O LNLS POSSUI UMA ESTAÇÃO DE LITOGRAFIA PROFUNDA POR RAIOS-X E UMA FOTOEXPOSITORA-UV À DISPOSIÇÃO DE USUÁRIOS.

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.