กระบวนการ X-ray LIGA

          X-ray LIGA ย่อมาจากภาษาเยอรมัน X-ray lithography (X-ray lithographie), electrodeposition (galvanoformung), และmolding (abformtechnik) เป็นกระบวนการสร้างโครงสร้าง 3 มิติ ขนาดเล็กในระดับไมโครเมตร โดยการใช้รังสีเอกซ์ที่ได้จากแสงซินโครตรอน ซึ่งเทคนิคนี้สามารถสร้างโครงสร้างที่มีพื้นผิวด้านข้างที่เรียบและตรงดิ่ง สามารถสร้างได้หลากหลายรูปร่าง และมีอัตราส่วนระหว่างความสูงต่อความกว้างสูง (high aspect ratio)

 2yh 2

 รูปที่ 1 โครงสร้างขนาดเล็กในระดับไมโครเมตร ที่สร้างด้วยกระบวนการ X-ray Lithography ที่ระบบลำเลียงแสงที่ 6 DXL

 

          กระบวนการ X-ray LIGA ที่ระบบลำเลียงแสงที่ 6 ประกอบไปด้วยกระบวนการทั้งหมด 3 กระบวนการสำคัญ ได้แก่ การถ่ายทอดลวดลายด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray lithography), การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า (electroplating) และการสร้างแม่พิมพ์ (molding)

 

กระบวนการ X-ray lithography

          กระบวนการนี้เป็นกระบวนการถ่ายทอดลวดลายขนาดเล็กในระดับมิลลิเมตรจนถึงไมโครเมตรโดยใช้รังสีเอกซ์ (X-ray radiation) ลงบนตัวกลางชนิดหนึ่งซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับแสง เพื่อให้เกิดโครงสร้าง 3 มิติ สำหรับเป็นแม่พิมพ์ในกระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าต่อไป ในกระบวนการ X-ray lithography ประกอบไปด้วยองค์ประกอบสำคัญได้แก่  แหล่งกำเนิดแสง, หน้ากากกั้นรังสี (X-ray mask), สารไวแสง (photoresist) และการล้างขึ้นรูปด้วยน้ำยาล้างขึ้นรูป (photoresist development)

 

X ray lithography

รูปที่ 2 กระบวนการ X-ray lithography

 

          ดังรูปที่ 2 รังสีเอกซ์จากแสงซินโครตรอน ที่ได้จากเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน ถูกฉายผ่านหน้ากากกั้นรังสีเอกซ์ ซึ่งเป็นตัวกำหนดลวดที่ต้องการสร้างเป็นโครงสร้าง 3 มิติ ที่ทำการออกแบบขึ้นตามความต้องการ  ซึ่งหน้ากากกั้นรังสีเอกซ์ประกอบไปด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนที่ที่ดูดซับรังสีเอกซ์ ซึ่งโดยทั่วไปเป็นโลหะ ได้แก่ ทอง หรือ เงิน และส่วนที่รังสีเอกซ์สามารถทะลุทะลวงได้ รังสีเอกซ์จะถูกฉายผ่านหน้ากากกั้นรังสีเอกซ์ลงบนสารไวแสง ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ตัวกลางที่รองรับการถ่ายทอดลวดลายจากหน้ากากกั้นรังสี โดยสารไวแสงนี้จะทำปฏิกิริยากับแสงและเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางโมเลกุล และเมื่อถูกล้างออกด้วยน้ำยาล้างขึ้นรูป (Developer) จะทำให้เกิดโครงสร้าง 3 มิติ ตามที่ออกแบบ ซึ่งโดยทั่วไปสารไวแสงที่เราใช้มีอยู่ 2 ชนิด ได้แก่ สารไวแสงชนิดลบ ได้แก่ SU-8, SUEX dry film sheets และสารไวแสงชนิดบวก ได้แก่ PMMA หลังจากนั้นโครงสร้าง 3 มิติ ที่ได้จากกระบวน X-ray lithography จะถูกนำไปเป็นแม่พิมพ์ในกระบวนการสร้างแม่พิมพ์โลหะด้วยการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า

 

กระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า (electroplating)

          กระบวนการนี้เป็นกระบวนการของการเกิดปฏิกิริยาทางเคมี เมื่อมีการไหลของกระแสไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว โดยผ่านสารละลายซึ่งมีส่วนผสมของเกลือโลหะ ซึ่งอะตอมของโลหะจะถูกผลักออกมาในรูปของประจุบวกเนื่องจากการสูญเสียอิเล็กตรอน และวัสดุที่ถูกเคลือบถูกทำให้เป็นประจุลบก็จะดึงดูดประจุบวกให้วิ่งเข้าหาและรวมตัวกันกลายเป็นอะตอมของโลหะใหม่อีกครั้งแล้วตกเคลือบบนผิวของแม่พิมพ์สารไวแสง และเมื่อกำจัดแม่พิมพ์สารไวแสงออก จะได้รับแม่พิมพ์โลหะที่คัดลอกโครงสร้างและลวดลายจากแม่พิมพ์สารไวแสง สำหรับผลิตชิ้นส่วน หรือ โครงสร้างระดับไมโครเมตรต่อไป โดยทั่วไปโลหะที่ทางระบบลำเลียงแสงที่ 6 นิยมใช้เคลือบสำหรับทำแม่พิมพ์โลหะ คือ นิกเกิล (Ni) นอกจากนี้การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ยังสามารถประยุกต์ใช้ในการสร้างหน้ากากกั้นรังสีเอกซ์อีกด้วย

 

electroplating .jpg 3   2722020 200227 0001

 รูปที่ 3  การชุบโลหะนิเกิลด้วยไฟฟ้า

 

การสร้างแม่พิมพ์ (molding)

          หลังจากกระบวนทั้งหมดที่ผ่านมา ตั้งแต่การออกแบบลวดลายขนาดเล็ก การถ่ายทอดลวดลายด้วยใช้รังสีเอกซ์จากแสงซินโครตรอน สำหรับสร้างแม่พิมพ์สารไวแสง และกระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ซึ่งทำให้ได้รับ แม่พิมพ์โลหะที่มีลวดลายตามที่ออกแบบ ซึ่งจะถูกนำไปใช้สำหรับเป็นแม่พิมพ์ในการสร้างชิ้นส่วน หรือโครงสร้างขนาดเล็กระดับไมโครเมตรด้วยพอลิเมอร์หรือพลาสติก ในอุตสาหกรรมการผลิตโครงสร้างหรือชิ้นส่วนขนาดเล็กต่อไป

molding

รูปที่ 4 แสดงขั้นตอนการสร้างแม่พิมพ์ (molding ) ของเข็มขนาดเล็กในระดับไมโครเมตร

POWERPOINT TEMPLATE 06

Go to top