MICROMECÂNICA MICROMÁQUINAS MICROSISTEMAS Luiz Otávio Saraiva Ferreira Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS.

Apresentação em tema: "MICROMECÂNICA MICROMÁQUINAS MICROSISTEMAS Luiz Otávio Saraiva Ferreira Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS."— Transcrição da apresentação:

1 MICROMECÂNICA MICROMÁQUINAS MICROSISTEMAS Luiz Otávio Saraiva Ferreira Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS

2 Sumário Revisão Histórica Tecnologia LIGA Dispositivos e Aplicações
Tecnologia de Silício e suas aplicações Tecnologia LIGA Dispositivos e Aplicações

3 Campus do L N L S Fábrica Escritórios Prédio do Acelerador

4 L N L S Laboratório Nacional Multidisciplinar Tecnologia Ciência

5 História da Microfabricação
Descendente da Microeletrônica. Primeiro Dispositivo - Anos 60: Resonistor.

6 Microusinagem de Substrato
Anos Cavidades de Silício.

7 Cromatógrafo de Gas

8 Coluna de Eletroforese
Separação Injeção Lab Oakridge

9 Membranas de Silício Sensor de Pressão.

10 Hastes em Balanço Haste Massa Acelerômetros

11 Barras de Torsão 25mm

12 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.

13 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.

14 Início da Microusinagem

15 Fim da Microusinagem

16 Caracterização do Scanner

17 Scanner no Eletroimã

18 Varredura de Frequência

19 Microusinagem em Superfície (1)
Sandia

20 Microusinagem em Superfície (2)
Sandia

21 Microusinagem em Superfície (3)
Sandia

22 Microusinagem em Superfície (4)
Sandia

23 Microusinagem em Superfície (5)
Sandia

24 Microusinagem em Superfície (6)
Sandia

25 Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
Luz Síncrotron Máscara para raios-x Padrão Absorvedor EXPOSIÇÃO Resiste Substrato Estrutura de resiste (Molde Primário) REVELAÇÃO Substrato LITOGRAFIA

26 Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
Metal Estrutura de resiste ELETROFORMAÇÃO Substrato Cavidade do Molde MOLDE SECUNDÁRIO ELETROFORMAÇÃO

27 Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
Molde Secundário Material Moldado Placa de Injeção ENCHIMENTO DO MOLDE Orifício de Injeção Microestruturas de Polímero DESMOLDAGEM MOLDAGEM POLÍMEROS

28 Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
Molde p/ Termo Moldagem Lama Cerâmica Material Moldado Estrutura de Polímero (Molde Perdido) TERMO-MOLDAGEM APLICAÇÃO DE LAMA Estrutura de Polímero (Molde Perdido) Microestrutura de Cerâmica DESMOLDAGEM QUEIMA MOLDAGEM CERÂMICA

29 Anos 80 (Alemanha) - Tecnologia LIGA
Metal Estrutura de Polímero Placa com orifícios ELETROFORMAÇÃO Orifícios de Injeção Microestrutura Metálica POLIMENTO MOLDAGEM METAIS

30 Microfabricação e Luz Síncrotron
Aplicação tecnológica direta mais importante da luz síncrotron. LITOGRAFIA PROFUNDA POR RAIOS-X

31 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.

32 Litografia Profunda por Raios-X
Elevada Razão-de-Aspecto: mais de 100:1 Filmes de até vários centímetros, dependendo da energia dos raios-x. Grande Precisão: erro de verticalidade típico de 0,1m para cada 200 m de espessura do filme. Superfícies com qualidade óptica: rugosidade da ordem de 30nm.

33 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).

34 Características da Fonte do LNLS
Comprimento-de-onda crítico: c = 1,37GeV. Energia crítica: c = 1,37GeV, onde

35 Geração dos Raios-X no Síncrotron
Feixe eletrônico de alta energia acelerado por campo magnético. Feixe de Elétrons Luz Síncrotron Dipolo

36 Máscaras Filme metálico Corrosão KOH Resiste Moldura Silício
Absorvedor: 3-15m de Au. Substrato: membrana de Si, Si3N4, Kapton, etc. Filme metálico Corrosão KOH Resiste Moldura Silício Eletrodeposição Litografia Difusão Boro

37 Máscara de Kapton Absorvedor: 2m de Au. Substrato: membrana de
Kapton de 25m.

38 Eletrodeposição Filmes de Banhos ácidos ou neutros.
Au, Ni, Cu. Banhos ácidos ou neutros. Espessuras de até 500m. Requer processo de baixo stress.

39 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).

40 Engrenagem de Polímero - 1
Projeto do Disposistivo

41 Engrenagem de Polímero - 2
Desenho da Máscara

42 Engrenagem de Polímero - 3
Espalhamento do resiste (SU-8) Resiste Base condutora Silício

43 Engrenagem de Polímero - 4
Esposição a UV ou raios-x Resiste exposto Resiste não exposto Base condutora Silício

44 Engrenagem de Polímero - 5
Revelação Resiste exposto Base condutora Silício

45 Engrenagem de Polímero - 6
Feita no BRASIL - LNLS Resultado Final (Litografia Profunda UV) 470µm Resiste exposto

46 Engrenagem de Polímero - 7
Feita no BRASIL - LNLS Resultado Final (Litografia Profunda por raios-x) 470µm Resiste exposto

47 Engrenagem de 1mm (SU-8)

48 Resultados SU-8 de 125µm com RX
Engrenagens (detalhe) Postes (detalhe) Espiral (detalhe) Molde de fieira (detalhe) Peneira (detalhe) Tubo vertical

49 Resultados SU-8 125µm com UV
Engrenagens (detalhe) Postes (detalhe) Espiral Moldes p/ fios (detalhe) Micromáquinas Peneira (detalhe) Tubos (detalhe) Engrenagens 2mm e 4mm Turbina

50 MICROMÁQUINAS 1

51 MICROMÁQUINAS 2

52 Sistemas Químicos - 1

53 Sistemas Químicos - 2

54 Dispositivos de Polímero
MUSA99/01

55 Eletroformação

56 Formas para Eletroformação

57 Dispositivos de Metal (cobre) 1

58 Dispositivos de Metal (cobre) 2
MUSA99/01

59 Outros Dispositivos LIGA
Extraidos do livro “Fundamentals of Microfabrication”, de Marc Madou, Fieiras Lentes de Fresnel Fluxômetros Acelerômetros Guias de Ondas Conectores Fieiras

60 Micro Turbina Hidráulica
Feita na Alemanha - IMT

61 Micro Relé Contatos Bobina Feito no IMT - Alemanha

62 Chave Opto-Mecânica Feito no IMT Alemanha

63 Micro Bomba de Diafragma
Feita na Alemanha - IMT

64 Microlentes de PMMA Feito no IMT Alemanha

65 Micro Motor Elétrico 1 Feito no IMT - Alemanha

66 Micro Motor Elétrico 2 Feito no IMT Alemanha

67 Transdutor de Ultrasom
Matriz de 70x70 colunas de PZT com 100µm de lado por 400µm de altura. Feito no IMT - Alemanha

68 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.

69 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.