LIGA

德语缩略词LIGA（代表工艺步骤：光刻（Lithographie）、电镀（Galvanik）与成型（Abformung））是指一种基于深度光刻、电镀与微成型相结合的工艺。LIGA工艺于20世纪80年代初在当时的卡尔斯鲁厄核研究中心由埃尔温·威利·贝克尔和沃尔夫冈·埃尔费尔德^[1]领导的团队开发，最初是作为濃縮鈾的分离喷嘴法开发的一部分，旨在制造极小的分离喷嘴。

该工艺可使用塑料、金属或陶瓷等材料，制造出最小尺寸达0.2 µm、结构高度达3 mm且深宽比高达50（局部细节结构的深宽比可达500）的微结构。^[2]LIGA工艺广泛应用于微系统技术领域，尤其是微光学领域，特别是在需要制造具有极高深宽比的结构时。

1. 起始材料是平整的基板，例如硅晶圆或抛光的铍、铜、钛或其他材料圆片。若基板本身不导电，则通常通过溅射或蒸发沉积覆盖一层金属“种子层”。在种子层上涂覆一层厚的光敏或X射线敏感的正性光刻胶（通常为PMMA）（图a），参见光刻。
2. 对光刻胶进行曝光（图b）。
3. 显影光刻胶层后，保留下将在电铸中生成的金属结构的阴模（图c）。
4. 在电铸工艺中，金属沉积在基板上显影时光刻胶被去除（即种子层裸露）的区域（图d）。
5. 去除光刻胶后，最初只留下基板、种子层和电铸沉积的金属（图e，上）。此时后续工艺有多种选择：
   1. 通过蚀刻掉种子层（此时作为牺牲层）及可能存在的基板，可以直接制造（微小的）金属部件。
   2. 通过进一步电铸（“过度生长”）并随后去除基板和种子层，可从光刻生成的微结构中制作出模具嵌件，将其安装到模具中，继而通过注射製模或热压印等方式成型出最终所需的塑料部件（图e、f、g）。
   3. 或者，也可以直接从带有光刻生成微结构的基板上（例如通过电火花加工）切割出模具嵌件，并将其安装到模具中。

若多次重复曝光、显影和电铸步骤，则可设计出更为复杂的结构，但这些结构必须向基板（晶圓）方向逐渐收缩，否则部件将无法脱模。这限制了所制造结构的复杂性。

若使用LIGA工艺制造的模具进行注塑，与宏观零件制造相比存在一个特点：无需设置供模具内空气排出的排气孔，因为在制造几百微米尺寸的部件时，模具与配合面接触面的微小不平整度已足以让空气排出。仅需开设用于注入成型材料的进料孔。

根据光刻方式的不同，可分为使用X射线（通常来自同步辐射光源）的“X射线LIGA”工艺，以及使用主流半导体技术中常见紫外光的“UV-LIGA”工艺。20世纪90年代，随着新型光刻胶（特别是SU-8光刻胶）的研发成功，“UV-LIGA”得以实现。在此之前，LIGA几乎是“X射线LIGA”的代名词。

另一种变体是通过光刻与深反应离子刻蚀工艺在硅晶圆上制造出母模，随后进行电铸与（必要时的）成型。借鉴传统的LIGA技术，这种与“UV-LIGA”同在20世纪90年代被引入的工艺也被称为“硅LIGA”。

尽管“UV-LIGA”与“硅LIGA”的精度不如“X射线LIGA”，但其通常所需的资金投入显著较低，因此有时（基本为中性评价）被称为“穷人的LIGA工艺”（Poor Man's LIGA）。

• 塑料：PMMA 、POM 、PEEK、PVDF、PC、PA、PE
• 金属：镍、铜、金、磷化镍
• 陶瓷：PZT、氧化铝、二氧化锆

LIGA技术可用于制造微型齿轮箱的齿轮（例如牙医电钻的钻头内部）以及微米级过滤器的喷嘴。由于LIGA工艺的高精度在微光学领域尤为突出，因此在该领域有大量应用，例如微型光谱仪^[3]。由于尺寸微小，采用LIGA技术制造的微型齿轮箱无法进行润滑。因此，开发此类齿轮箱的难点在于寻找能够自润滑的材料组合。例如，由“相同”材料制成的两个齿轮效果就劣于特定“不同”材料的组合。微型电动机由磁性材料构成，通常为镍/铁合金。微型电机的部件均采用“微电铸”工艺制造。

• Saile, Volker (编). LIGA and its applications. Advanced micro & nanosystems. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. 2009. ISBN 978-3-527-31698-4. 
• Ehrfeld, Wolfgang; Bähr, Jochen (编). Handbuch Mikrotechnik. München: Hanser. 2002. ISBN 978-3-446-21506-1. 
• Menz, W.; Mohr, Jürgen; Paul, Oliver. Mikrosystemtechnik für Ingenieure 3., vollst. Überarb. und erw. Aufl (Online-Ausg.). Weinheim: Wiley-VCH. 2005. ISBN 978-3-527-30536-0.