CH403 – Site-ul Departamentului de Mecatronica si Mecanica de Precizie

Laborator STRATURI SUBTIRI – Prof.dr.ing. Georgeta Ionaşcu

Microprelucrare prin eroziune chimică cu protecţie foto

1. Prezentare
Eroziunea chimică cu protecţie foto (strat protector de fotorezist), cunoscută şi sub denumirea de prelucrare fotochimică, permite obţinerea celor mai complexe configuraţii fără bavuri şi tensiuni, într-o gamă largă de metale: oţel inox, cupru, alamă, alpaca, aliaj cupru-beriliu etc. Procedeul poate fi aplicat cu scopul configurării în strat superficial (gravare) sau pe întreaga grosime a semifabricatului (decupare). Dimensiunea minimă a găurii / lăţime de fantă este, de exemplu, 0.15 mm obţinută prin atac chimic unilateral într-o folie de metal cu grosimea de 0.1 mm sau, mai general, reprezintă aproximativ 1.5 x grosimea materialului. Toleranţele obţinute sunt de ordinul ± 0.05% din dimensiune.

2. Descriere tehnico-ştiinţifică:
Instalaţie automată de corodare prin pulverizare

permite lărgirea gamei pieselor prelucrate datorită flexibilităţii reglării parametrilor procesului de corodare în funcţie de materialul, grosimea, configuraţia geometrică şi precizia piesei;
asigură, prin intermediul software-ului de aplicaţie, stabilirea, comanda şi controlul valorilor optime ale parametrilor de proces (timp, temperatură, debit, viteză de basculare a conductelor cu duze);
permite corodarea diferenţială, în funcţie de mărimea şi dispunerea decupărilor pe suprafaţa piesei, prin corelarea unghiului şi vitezei de basculare a conductelor cu duze, prin care sunt pulverizate jeturile, cu debitul soluţiei de corodare.

Instalaţie de expunere la lumină ultravioletă (UV)

materializează varianta expunerii prin contact, cu fixarea piesei şi a clişeului prin vacuum;
permite reglarea timpului de expunere, în funcţie de sensibilitatea spectrală, tipul şi grosimea stratului de fotorezist; qtimpul maxim de setare 60 min.

2. Aplicabilitate:
Instalaţie automată de corodare prin pulverizare

Inginerie mecanică de precizie şi (micro)electronică, de exemplu, pentru obţinerea structurilor micrometrice în clişee tampografice din instalaţiile de tampografiat în sistem închis (ecologic), măşti metalice foarte fine, inclusiv site neconvenţionale sau dublu decapate, folosite la depunerea pastelor adezive şi conductoare în tehnologia SMD, circuite imprimate, scări incrementale, reticule complexe, elemente elastice sub forma membranelor cu decupări, elemente fluidice etc.

Piesă reprezentând o membrană plană cu decupări, prelucrată din folie de cupru-beriliu (grosime de 0.13 mm): lăţimea fantelor 0.5 mm; diametrul interior 2 mm; diametrul exterior 25 mm; a) – piesa protejată de o mască de fotorezist înainte de corodare, b) – piesa după corodare şi îndepărtarea stratului de fotorezist

Tolă rotorică şi lamelă de releu:
permalloy (grosime 0.13 mm);
cupru (grosime 0.16 mm),
nichel (grosime 0.04 mm)

Microfabricaţie 3D utilizând tehnologia de microstereofotolitografie cu laser

1. Prezentare:
Stereofotolitografia este un procedeu din cadrul tehnologiilor de fabricaţie rapidă (Rapid Prototyping), care permite o mare flexibilitate de aplicare. Acest avantaj poate fi exploatat pentru realizarea de microcomponente, cu o bună precizie dimensională, fără a utiliza măşti, ci fişiere CAD pentru comanda calculatorului care conduce instalaţia. Piesa este obţinută prin adăugarea succesivă a unor straturi de material cu grosime controlată, care corespund unor secţiuni plane prin modelul CAD. Construirea straturilor se realizează prin polimerizarea selectivă a unei răşini sintetice sub acţiunea unui fascicul laser. În comparaţie cu procesul de stereofotolitografie convenţională, apar mai multe dificultăţi datorită miniaturizării la scară micro, aşa numitul „efect de scară” al fenomenelor fizice, manifestat la scară micro. De exemplu, vâscozitatea unui fotopolimer lichid creşte la scară micro şi aceasta poate cauza deformaţia sau distrugerea structurii fabricate. De asemenea, se cere un control foarte precis al platformei x-y-z pentru solidificarea fotopolimerului. Trebuie utilizat un fascicul laser cu diametru foarte mic, pentru a întări o suprafaţă mică a fotopolimerului. Acesta este un alt element tehnologic cheie care poate fi obţinut prin utilizarea unui sistem optic de precizie şi prin controlul focalizării fasciculului laser UV.

2. Descriere tehnico-ştiinţifică:

Instalaţie optico-mecanică pentru microstereofotolitografie cu laser

banc (masă, suport) optic; 2 – platforma mecanică x-y-z de precizie (cu rezoluţie nanometrică) acţionată de servomotoare comandate de PC; 3 – cuva cu răşină; 4 – suportul de creştere a piesei; 5 – laser UV (λ = 375 nm, P = 16 mW, diametrul fascicului: 0,25 μm – 0,25 mm); 6 – sanie suport laser cu reglare micrometrică; 7 – divizor de fascicul (modifică traiectoria fasciculului şi micşorează puterea laserului); 8 – subansamblu oglinzi cu precizie l/4 si suporţi de precizie, reglare micrometrică pentru oglinzi (diametru: 25,4 mm); 9 – obiectiv UV; 10 – servoamplificatoare de curent continuu; 11 – sistem alimentare si comandă laser. Un laser He-Ne, în vizibil (l = 632.8 nm, P = 36 mW) este utilizat pentru alinierea laserului UV şi pentru controlul grosimii stratului de răşină (răşina fotosensibilă este inactinică pentru l > 0.5 μm).

Modele geometrice generate şi trasate cu ajutorul programului în LabView utilizat pentru comanda servomotoarelor de acţionare a săniilor

Efectul obţinut pe un film fotografic după developarea modelului cu 3 petale

3. Aplicabilitate:

Se pot obţine structuri complexe de SU-8, un fotorezist negativ, microcanale îngropate pentru dispozitive microfluidice, componente mecanice ale microsenzorilor – de ex. microgrinzi, foarte bine definite, cu pereţi verticali, fără interferenţe, prin suprapunerea mai multor straturi de fotorezist si developare finală, într-o singură etapă.
Pot fi dezvoltate aplicaţii care să permită integrarea cu tehnologiile MEMS: rezonatori mecanici (senzor de gaz cu microgrindă din siliciu şi un strat de fotopolimer SU-8, care captează substanţa de interes); structuri cu raport mare de aspect, din SU-8, utilizate în dispozitive microfluidice, sau ca microforme pentru microgalvanizări/ injecţie masă plastică/ structuri de polidimetilsiloxan (PDMS) din aplicaţiile bioMEMS, sau ca originale pentru profilare/matriţare la cald (hot embossing).