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Julio Cesar Fernandes e Pedro BarbarotoLABORATÓRIO NACIONAL DE LUZ SÍNCROTRON - LNLS
TECNOLOGIA LIGA
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ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO
2. HISTÓRICO
3. PROCESSO LIGA
4. PROJETO DE DISPOSITIVOS
5. APLICAÇÕES
6. LIGA NO BRASIL
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INTRODUÇÃO• LIGA
• LITOGRAPHY - LITOGRAFIA• GALVANOFORMUNG - ELETROFORMAÇÃO• ABFORMTECHNIK - MOLDAGEM
PORTA AMOSTRA PARA LITOGRAFIA POR RAIOS-X.
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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
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PORQUE DO LIGA?
• REDUÇÃO DE CUSTO:– TECNOLOGIA– FABRICAÇÃO
MICROSSISTEMA PARA ENRIQUECIMENTO DE URÂNIO.PRODUZIDO POR ELETROFORMAÇÃO DE Ni.1º PRODUTO FEITO COM PROCESSO LIGA.
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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
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LITOGRAFIA PROFUNDA
• BASE DA TECNOLOGIA LIGA DE MICROFABRICAÇÃO.• RESISTES (POLÍMEROS FOTOSSENSÍVEIS) COM
ESPESSURA DE 5 ATÉ MILHARES DE MICRONS.
1796 – ALOYS SENEFELDERLITHOS – PEDRAGRAPHEIN - ESCRITA
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LITOGRAFIA POR UV
• COMPRIMENTO DE ONDA: 430 nm• QUALIDADE ÓPTICA: BAIXA• RAZÃO DE ASPECTO ATÉ 20:1
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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
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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
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LITOGRAFIA PROFUNDA POR RAIOS-X
RAIOS-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
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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
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LITOGRAFIA
RESISTE
SUBSTRATO
EXPOSIÇÃO
LUZ SÍNCROTRON
MÁSCARA PARA RAIOS-X
PADRÃO ABSORVEDOR
METAL DEPOSITADO
ESTRUTURA DE RESISTE (MOLDE PRIMÁRIO)
SUBSTRATO
REVELAÇÃO METAL DEPOSITADO
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ELETROFORMAÇÃO
ESTRUTURA DE RESISTE
SUBSTRATO
MOLDE PRIMÁRIOMETAL DEPOSITADO(SEED LAYER)SUBSTRATO METAL
ELETROFORMADOMOLDE SECUNDÁRIO (METAL)
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MOLDAGEMMÉTODO MATERIALINJEÇÃO POLÍMEROS
(PMMA, PVC, ABS)
CERÂMICAS
INJEÇÃO POR REAÇÃOPOLÍMEROS
(PMMA, POLIURETANO)
CERÂMICAS
COMPRESSÃO A QUENTE (HOT EMBOSSING)
POLÍMEROS
ELETROFORMAÇÃO METAIS
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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
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MOLDAGEM DE CERÂMICA
MOLDE EM POLÍMERO
MOLDE EM POLÍMERO (PERDIDO)
LAMA CERÂMICAMICROESTRUTURA
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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
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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
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DESENHO EM CAD
ENGRENAGEM
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CONFECÇÃO DA MÁSCARA
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MÁSCARA PARA RAIOS-X
ABSORVEDOR: 3-15 m # Au.
SUBSTRATO: MEMBRANA DE Si, Si3N4, Kapton, ...
SilícioDifusão Boro
Corrosão KOHFilme
metálicoResisteLitografiaEletroformaçã
oMolduraRemoção
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MÁSCARA DE KAPTON
ABSORVEDOR: 2m # Au.
SUBSTRATO: MEMBRANA DE KAPTON (POLIIMIDA) DE 25m #.
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ESPALHAMENTO DO RESISTE
RESISTE
BASE CONDUTORA
SILÍCIO
(SU-8)
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EXPOSIÇÃO A RADIAÇÃO
RESISTE NÃO EXPOSTO
BASE CONDUTORA
SILÍCIO
RESISTE EXPOSTO
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REVELAÇÃO
RESISTE EXPOSTO
BASE CONDUTORA
SILÍCIO
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ENGRENAGEM EM POLÍMERO
SU-8: =1mm
BRASIL-LNLS
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DISPOSITIVOS EM SU-8/UV 125µm #
ENGRENAGENS
PENEIRA
POSTES
TUBOS
MOLDES PARA FIOS
ENGRENAGEM 2mm ENGRENAGEM 4mm
ESPIRAL
TURBINA
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ENGRENAGEM (170X)
470µm
BRASIL-LNLS
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POSTES (550X)
BRASIL-LNLS
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PENEIRA (180X)
BRASIL-LNLS
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MOLDES PARA FIOS (550X)
BRASIL-LNLS
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TUBOS (270X)
BRASIL-LNLS
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DISPOSITIVOS EM SU-8/RAIOS-X 125µm #
ENGRENAGENS
ESPIRAL
PENEIRA
POSTES
MOLDE DE FIEIRA
TUBO VERTICAL BRASIL-LNLS
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470µm
ENGRENAGEM (200X)
BRASIL-LNLS
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POSTES (400X)
BRASIL-LNLS
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ESPIRAL (400X)
BRASIL-LNLS
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MOLDE DE FIEIRAS (400X)
BRASIL-LNLS
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PENEIRAS
BRASIL-LNLS
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ELETROFORMAÇÃO E REMOÇÃO
BRASIL-LNLS
METAL
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APLICAÇÕES
• DISPOSITIVOS:
– ELETROMECÂNICOS
– ELETRÔNICOS
– QUÍMICOS
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MICROMÁQUINAS
BRASIL-LNLS
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MICROMÁQUINAS
BRASIL-LNLS
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DISPOSITIVOS EM POLÍMERO
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
MOTOR ELETROSTÁTICO MOLDE PARA ESTUDO DE CERÂMICAS
FERRAMENTAS PARA MANUSEIO DE PROTEÍNAS
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MOTOR ELETROSTÁTICO EM SU-8
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
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MOLDE PARA ESTUDO DE CERÂMICAS
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
![Page 47: Julio Cesar Fernandes e Pedro Barbaroto LABORATÓRIO NACIONAL DE LUZ SÍNCROTRON - LNLS TECNOLOGIA LIGA](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/552fc10d497959413d8c4a73/html5/thumbnails/47.jpg)
FERRAMENTAS PARA MANUSEIO DE CRISTAIS DE PROTEÍNAS
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
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FORMAS PARA ELETROFORMAÇÃO
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
CAPACITOR INDUTOR
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FORMA DO CAPACITOR EM SU-8
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
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FORMA DO INDUTOR EM SU-8
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
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DISPOSITIVOS EM COBRE
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
ACELERÔMETROCAPACITOR
INDUTORES - RF
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CAPACITOR
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
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INDUTOR PARA MICROONDAS
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
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ACELERÔMETRO
BRASIL-LNLS: MUSA99/01
2
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SCANNER INDUTIVO
LNLS/CCS
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SCANNER INDUTIVO
LNLS
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FLUXÔMETRO
M. Madou; “Fundamentals of Microfabrication”
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MICRO-TURBINA HIDRÁULICA
ALEMANHA - IMT
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MICRO-BOMBA DE DIAFRAGMA
ALEMANHA - IMT
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MICRO-MOTOR ELÉTRICO
ALEMANHA - IMT
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SISTEMAS DE ANÁLISE QUÍMICO DE MISTURAS DE LÍQUIDO E GASES – LAB ON A CHIP
EUA - SANDIA
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SISTEMAS PARA FILTRAÇÃO QUÍMICA
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DISPOSITIVO PARA ANÁLISE DE GLICOSE
Enzimaox
EnzimaredSubstrato (Analito)
Produto
Mediadorox
Mediadorred
e-
ALEMANHA - BAYER
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MICROSSENSORES PARA DETECÇÃO DE COMPOSTOS POLUENTES
DETECÇÃO DE IMPUREZAS METÁLICAS DE CHUMBO, CÁDMIO, COBRE (PPB) EM BEBIDAS E PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA
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SISTEMA DE ELETROFORESE
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CANAIS FLUÍDICOS E SENSORES QUÍMICOS
MISTURADOR SENSOR PARA ÍONS CLORETOBRASIL-LNLS
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MISTURADOR FLUÍDICO EM CERÂMICA
ALEMANHA - IMT
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L N L S LABORATÓRIO NACIONAL DE LUZ SÍNCROTRON
• MULTIDISCIPLINAR
• OBJETIVO:
1. TECNOLOGIA
2. CIÊNCIA
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FONTE DE LUZ DO LNLS
PROPRIEDADE CARACTERÍSTICAS
ENERGIA DE INJEÇÃO 500MeV
ENERGIA FINAL 1,37 GeV
ABERTURA DO FEIXE VERTICAL: 5 mRad
HORIZONTAL: 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
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LINHA DE RAIOS-X (XRL) DO LNLS
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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.
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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.