HOLOGRAFIA Y MICROSISTEMAS DE INFORMACION LA AURICULOTERAPIA.
MICROMECÂNICA MICROMÁQUINAS MICROSISTEMAS Luiz Otávio Saraiva Ferreira Laboratório Nacional de...
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MICROMECÂNICAMICROMÁQUINAS MICROSISTEMASLuiz Otávio Saraiva Ferreira
Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS
Sumário
• Revisão Histórica
– Tecnologia de Silício e suas aplicações
• Tecnologia LIGA
• Dispositivos e Aplicações
Campus do L N L S
Escritórios
Prédio do Acelerador
Fábrica
L N L S
•Laboratório Nacional•Multidisciplinar•Tecnologia•Ciência
História da Microfabricação• Descendente da Microeletrônica.
• Primeiro Dispositivo - Anos 60: Resonistor.
Microusinagem de Substrato
• Anos 60 - 70.
• Cavidades de Silício.
Cromatógrafo de Gas
Coluna de Eletroforese
InjeçãoSeparação Lab Oakridge
Membranas de Silício
Sensor de Pressão.
Haste Massa
Hastes em Balanço
• Acelerômetros
Barras de Torsão
25mm
Receita de Microusinagem (1)
• Substrato: Si <100>
• Máscara protetora: filme de SiO2 de 1µm.
• Corrosivo: KOH : H2O 25 : 100 em massa.
• Equipamento:– béquer de 1 litro com tampa.– termômetro.– chapa-quente com agitador magnético.
Receita de Microusinagem (2)
• Abrir janelas de corrosão no SiO2.
• (alinhar as janelas com o chanfro da bolacha)
• Aquecer o corrosivo a 80oC.
• Mergulhar a bolacha de Si no corrosivo.
• (colocar a bolacha na vertical)
• A taxa de corrosão é de aprox. 1µm por minuto.
• Remover do corrosivo e lavar em água corrente.
Início da Microusinagem
Fim da Microusinagem
Caracterização do Scanner
Scanner no Eletroimã
Varredura de Frequência
Microusinagem em Superfície (1)
Sandia
Microusinagem em Superfície (2)
Sandia
Microusinagem em Superfície (3)
Sandia
Microusinagem em Superfície (4)
Sandia
Microusinagem em Superfície (5)
Sandia
Microusinagem em Superfície (6)
Sandia
Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
Resiste
Substrato
EXPOSIÇÃO
Substrato
Estrutura de resiste (Molde Primário)
REVELAÇÃO
Luz Síncrotron
Máscara para raios-x
Padrão Absorvedor
LITOGRAFIA
Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
ELETROFORMAÇÃO
Metal
Estrutura de resiste
Substrato
MOLDE SECUNDÁRIO
Cavidade do Molde
ELETROFORMAÇÃO
Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
ENCHIMENTO DO MOLDE
Molde Secundário
Material Moldado
Placa de Injeção
Orifício de Injeção
DESMOLDAGEM
Microestruturas de Polímero
MOLDAGEM POLÍMEROS
TERMO-MOLDAGEM
Molde p/ Termo Moldagem
Material Moldado
Estrutura de Polímero (Molde Perdido)DESMOLDAGEM
APLICAÇÃO DE LAMA
Lama Cerâmica
Estrutura de Polímero(Molde Perdido)
Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
QUEIMA
Microestrutura de Cerâmica
MOLDAGEM CERÂMICA
ELETROFORMAÇÃO
Metal
Estrutura de Polímero
Placa com orifícios
Orifícios de Injeção
POLIMENTOMicroestrutura Metálica
Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
MOLDAGEM METAIS
Microfabricação e Luz Síncrotron
• Aplicação tecnológica direta mais importante da luz síncrotron.
LITOGRAFIA PROFUNDA POR RAIOS-X
Litografia Profunda
• É a base da tecnologia LIGA de microfabricação.
• Resistes desde 5 microns até milhares de microns de espessura.
• Litografia por UV ou por Raios-X.– UV: razão de aspecto < 20.– Raios-X: razão de aspecto <150.
Litografia Profunda por Raios-X
Elevada Razão-de-Aspecto: mais de 100:1
Grande Precisão: erro de verticalidade típico de 0,1m para cada 200 m de espessura do filme.
Superfícies com qualidade óptica: rugosidade da ordem de 30nm.
Filmes de até vários centímetros, dependendo da energia dos raios-x.
Características da Fonte do LNLS
Energia de Injeção :120MeV.
Energia Final :1.37GeV.
Abertura Vertical do Feixe: 5mRad.
Abertura Horizontal do Feixe: Até 30mRad, limitada por janela em 10mRad na linha de litografia (XRL).
Características da Fonte do LNLS
• Comprimento-de-onda crítico: c = 5.9Å @ 1,37GeV.
cc
c
• Energia crítica:c = 2,08keV @ 1,37GeV,
onde
Geração dos Raios-X no Síncrotron
• Feixe eletrônico de alta energia acelerado por campo magnético.
Feixe de Elétrons Dipolo
Luz Síncrotron
Máscaras
Absorvedor: 3-15m de Au.
Substrato: membrana de Si, Si3N4, Kapton, etc.
SilícioDifusão Boro
Corrosão KOH
Filme metálico
ResisteLitografiaEletrodeposição
Moldura
Máscara de KaptonAbsorvedor: 2m
de Au.
Substrato: membrana de Kapton de 25m.
Eletrodeposição
• Filmes de– Au,– Ni,– Cu.
Banhos ácidos ou neutros.
Espessuras de até 500m.
Requer processo de baixo stress.
A Tecnologia LIGA do LNLS
• Inicialmente à base de resiste SU-8.
• Litografia profunda por UV.
• Litografia profunda por raios-x.
• Processo de um nível de litografia.
• Dispositivos de polímero (SU-8).
• Dispositivos de metal (cobre).
Engrenagem de Polímero - 1
Projeto do Disposistivo
Engrenagem de Polímero - 2
Desenho da Máscara
Engrenagem de Polímero - 3
Espalhamento
do resiste (SU-8)
Resiste
Base condutora
Silício
Engrenagem de Polímero - 4
Esposição a UV
ou raios-x
Resiste não exposto
Base condutora
Silício
Resiste exposto
Engrenagem de Polímero - 5
Revelação
Resiste exposto
Base condutora
Silício
Engrenagem de Polímero - 6
Resultado Final
(Litografia Profunda UV)
Resiste exposto
Feita no BRASIL - LNLS
470µm
Engrenagem de Polímero - 7
Resultado Final
(Litografia Profunda por raios-x)
Resiste exposto
Feita no BRASIL - LNLS
470µm
Engrenagem de 1mm (SU-8)
Resultados SU-8 de 125µm com RX
Engrenagens (detalhe)
Espiral (detalhe)
Peneira (detalhe)
Postes (detalhe)
Molde de fieira (detalhe)
Tubo vertical
Resultados SU-8 125µm com UV
Engrenagens (detalhe)
Peneira (detalhe)
Postes (detalhe)
Tubos (detalhe)
Moldes p/ fios (detalhe)
Engrenagens 2mm e 4mm
Espiral
Turbina
Micromáquinas
MICROMÁQUINAS 1
MICROMÁQUINAS 2
Sistemas Químicos - 1
Sistemas Químicos - 2
Dispositivos de Polímero
MUSA99/01
Eletroformação
Formas para Eletroformação
Dispositivos de Metal (cobre) 1
Dispositivos de Metal (cobre) 2
MUSA99/01
Outros Dispositivos LIGA• Extraidos do livro “Fundamentals of
Microfabrication”, de Marc Madou,
Acelerômetros
Fluxômetros
Lentes de Fresnel
Fieiras
Conectores
Guias de Ondas Fieiras
Micro Turbina Hidráulica
Feita na Alemanha - IMT
Micro Relé
Contatos
BobinaFeito no IMT -
Alemanha
Chave Opto-Mecânica
Feito no IMT Alemanha
Micro Bomba de Diafragma
Feita na Alemanha - IMT
Microlentes de PMMA
Feito no IMT Alemanha
Micro Motor Elétrico 1
Feito no IMT - Alemanha
Micro Motor Elétrico 2
Feito no IMT Alemanha
Transdutor de UltrasomMatriz de 70x70 colunas de PZT com 100µm de lado por 400µm de altura.
Feito no IMT - Alemanha
Tecnologia LIGA no Brasil• O LNLS tem uma estação de litografia
profunda por raios-x à disposição dos usuários.
• Já temos processo para produção de microestruturas de polímero SU-8 e cobre.
• Foi realizada a primeira rodada do Projeto Multiusuário LIGA do LNLS (Projeto MUSA), que terá uma rodada semestral.
Conclusão
• Um novo campo de trabalho.
• Grandes oportunidades de inovação.
• Requer infraestrutura mais barata que microeletrônica.
• Mercado crescendo quase 20% ao ano.
• 34 bilhões de dólares em 2002.
• Área multidisciplinar.