Sumário

1. MICROMECÂNICAMICROMÁQUINAS MICROSISTEMASLuiz Otávio Saraiva FerreiraLaboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS

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

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

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 60 - 70. • Cavidades de Silício.

7. Cromatógrafo de Gas

8. Coluna de Eletroforese Lab Oakridge Injeção Separação

9. Membranas de Silício Sensor de Pressão.

10. Haste Massa Hastes em Balanço • Acelerômetros

11. 25mm Barras de Torsão

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 dePolímero 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 Microestrutura de Cerâmica Estrutura de Polímero (Molde Perdido) 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 = 5.9Å @ 1,37GeV. • Energia crítica: • c = 2,08keV @ 1,37GeV, • onde

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

36. Máscaras 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 • 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 Espiral Engrenagens (detalhe) Postes (detalhe) Moldes p/ fios (detalhe) Micromáquinas Peneira (detalhe) Tubos (detalhe) Engrenagens 2mm e 4mm Turbina

50. MICROMÁQUINAS 1