LIGA

LIGA ist ein Fertigungsverfahren, das Metallmikrostrukturen mit Aspektverhältnissen von regelmäßig über 100:1 erzeugt und daher für Mikrofluidik-Bauelemente, medizinische Implantate und Präzisions-Maschinenbauteile unerlässlich ist. Das Akronym stammt aus den deutschen Begriffen für Lithografie, Galvanik und Formgebung. Anders als konventionelle Mikrozerspanung, die Material abtragen, erzeugt LIGA Strukturen durch additive Verfahren, die die Maßgenauigkeit im Mikrometerbereich wahren.

Das Verfahren beginnt mit Röntgenlithografie auf einer dicken Resistschicht, typischerweise Polymethylmethacrylat (PMMA) zwischen 100 und 500 Mikrometern Dicke. Synchrotronstrahlung belichtet den Resist durch eine strukturierte Maske, und die Entwicklung hinterlässt eine dreidimensionale Formhohlraum. Die hochenergetischen Röntgenstrahlen dringen tief ein, ohne nennenswert zu streuen, und ermöglichen senkrechte Seitenwände und gleichmäßige Belichtung über die gesamte Tiefe. Diese Genauigkeit in der Tiefe unterscheidet LIGA von der optischen Lithografie, die mit dicken Resistschichten kämpft.

Galvanische Abscheidung füllt die Resistform mit Metall, häufig Nickel, wobei Kupfer und Legierungen für spezifische Anwendungen genutzt werden. Das Metall lagert sich gleichmäßig in den Hohlraum ein und bildet die Umkehrform der Moldstruktur auf. Sobald die Schicht die gewünschte Dicke erreicht, wird die Struktur vom Resist getrennt und ergibt einen Metallmaster oder Formeinsatz. Diese Metallform wird dann in die Spritzguss- oder Heißprägephase überführt, wo Thermoplaste oder duroplastische Kunststoffe gegen den Metallhohlraum geformt werden, um mehrere Kopien herzustellen.

Die Kosten von LIGA entstehen durch den Synchrotronen-Zugang und das erforderliche Präzisions-Werkzeug. Ausrüstung und Anlagenzeit machen das Verfahren wirtschaftlich nur dann, wenn die Teilgeometrie auf keine andere Weise erreichbar ist oder wenn die Produktionsmengen die Startinvestitionen rechtfertigen. Typische Anwendungen sind Einspritzdüsen, Mikroreaktor-Bauelemente und Biomedizin-Bauelemente, bei denen Aspektverhältnisse über 20:1 liegen und Toleranzen im einstelligen Mikrometerbereich erforderlich sind. Bei niedrigeren Aspektverhältnissen sind UV-Lithografie oder Ätzen schneller und günstiger.

Das Verfahren reagiert empfindlich auf Resistadhäsion, Stromverteilung beim Galvanisieren und Auswerfkräfte beim Entformen. Schlechte Haftung führt dazu, dass der Resist während der Abscheidung abheben kann; ungleichmäßiges Plattieren erzeugt konische Wände. Thermische Zyklen während des Formgebens können zu Maßabweichungen führen, wenn Metallmaster und Polymeerform unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten haben. Erfolgreiche LIGA-Fertigung erfordert strikte Kontrolle der Chemie, Temperatur und Timing in jeder Phase.