Dédiée à la fabrication de microcomposants, la technologie LIGA, très tôt après son apparition à la fin des années 1980, fait partie des procédés qui ont toujours suscité l’intérêt de l’IPV. Son évolution au cours des vingt dernières années a rendu cette technique moins coûteuse, rapide d’exécution, tout en restant fiable et précise.
La technologie LIGA, acronyme allemand pour Lithographie Galvanoformung Abformung (lithographie, électroformage et moulage) est un procédé de fabrication collective, réalisée par dépôt électrolytique, et s’applique essentiellement au nickel. Permettant d’atteindre une précision de l’ordre du micromètre, elle est utilisée dans la fabrication de pièces d’horlogerie, de microconnecteurs pour micromoteurs piézoélectriques, de microrésonateurs. Cette précision accompagne chaque étape de sa réalisation, depuis la préparation du masque de lithographie jusqu’au démoulage de la pièce finale.
Variantes d’un même procédé, la LIGA-X et la LIGA-UV présentent cependant deux différences fondamentales. À l’étape d’insolation du masque de lithographie, la première utilise les rayons X, alors que la seconde les remplace avantageusement, en termes de coût, par les rayons UV. Par ailleurs, la LIGA-X consiste en la réalisation de moules, souvent en nickel, qui serviront à l’injection de pièces polymères, quand la LIGA-UV supprime cette étape pour fabriquer directement des composants en nickel. Il serait alors plus juste de parler ici de LIG, le moulage (Abformung) disparaissant au profit de l’électroformage de la pièce directement dans la matrice (voir croquis). Pour autant, il reste possible avec la LIGA-UV de continuer à fabriquer des moules en nickel dans l’optique d’injecter des pièces polymères.
Dans le cas de la LIGA-X, la lithographie est réalisée à travers un masque sur une couche épaisse de PMMA, un polymère sensible aux rayons X, plus connu sous l’appellation commerciale de Plexiglas. L’utilisation des rayons X permet de sensibiliser plus d’un millimètre d’épaisseur de PMMA, avec une verticalité exceptionnelle, de l’ordre de la minute d’angle. L’électroformage consiste ensuite à faire croître le métal par électrodéposition dans les microstructures obtenues, le moule étant libéré après dissolution du PMMA. Puisque l’opération de lithographie, nécessitant un synchrotron, ou accélérateur de particules, pour la production des rayons X, se révèle très lourde et coûteuse, le but ultime est de réaliser un moule d’injection de précision, le plus souvent en nickel, pour obtenir au final des pièces polymères. Par ailleurs, le masque d’insolation est constitué d’une membrane en silicium recouverte de plusieurs dizaines de microns d’or, un matériau choisi pour son opacité aux rayons X. La fabrication de ce masque constitue aussi en quelque sorte un double coût, car il nécessite d’une part un masque de photolithographie, puis d’autre part la fabrication du masque physique d’insolation aux rayons X.
Le développement de résines photosensibles révolutionne le procédé. Les premières résines, utilisées classiquement en lithographie micro-électronique, sont déposées en couches successives de manière à former la couche épaisse recherchée. Elles seront ensuite remplacées par des résines SU-8 épaisses, qui, négatives, permettent non plus de fabriquer un moule, mais directement la pièce souhaitée, toujours par électrodéposition. Si la sélectivité entre les parties insolées et non insolées est très bonne, le recours à la résine SU-8 limite cependant la précision de la verticalité en profondeur par rapport aux possibilités de la LIGA-X. L’épaisseur des pièces atteint cela dit 500 μm, la majorité des réalisations pouvant varier de 3 μm, alors avec une résine standard, à 200 ou 300 μm, avec une résine SU-8.
La LIGA-UV, grâce à cette nouvelle technique de lithographie, est plus simple, plus rapide, et son coût est beaucoup moins élevé que celui de la LIGA-X. Elle est très adaptée à la réalisation de microstructures par ailleurs irréalisables en découpe, et permet d’envisager à moindre frais la mise au point de prototypes et la production de petites séries, puisqu’elle ne nécessite pas de fabrication d’outil de découpe.
Si les étapes de photolithographie et d’insolation sont réalisées en salle blanche, les phases de dépôt métallique puis d’élimination de la résine sont tout à fait possibles en salle grise. Depuis mai 2010, une machine d’électroformage du nickel de marque Technotrans complète les équipements de l’IPV et ouvre de nouvelles perspectives aux entreprises et aux laboratoires de la région. Le nickel est un matériau de prédilection de la technologie LIGA-UV : poli, il ressemble à l’argent, sans en présenter les inconvénients. La vitesse de dépôt obtenue grâce à cette machine est de 100 μm/h, quand celle associée aux bains de nickel traditionnels utilisée sur le site de l’IPV ne dépasse guère 16 à 25 μm/h. Les pièces sont réalisées collectivement sur des wafers 4 pouces, et la reproductibilité de la fabrication est garantie. Les contraintes mécaniques du dépôt sont minimales : lors de la dissolution de la résine, la pièce ne subit pas de déformation lorsqu’elle est libérée. Le procédé, grâce à la croissance en translation du dépôt métallique, assure une bonne uniformité du produit, sans bourrelet ni effet de bord.
