Titel
Ontwikkeling van een proces om geminiaturizeerde sytemen te molden

Probleemstelling:

Microsystemen zitten in onze hedendaagse maatschappij verweven in elk facet van het leven.  Elk geavanceerd stukje technologie bevat microsystemen. Het woord microsysteem zegt het zelf: micro = zeer klein; systeem = autonoom werkend iets dat meet, uitvoert, berekent,… kortom een zekere input omzet in een zekere output. Een microsysteem kan zijn functionaliteit op verschillende manieren bekomen, zo kent men optische-, elektrische, mechanische, fluidische-, geluids- systemen en nog meer exotische voorbeelden. Om deze microsystemen te realizeren is er een compleet gamma aan productiemethodes commercieel beschikbaar of onder ontwikkeling. De ene complexer of kostelijker dan de andere. Wanneer we echter kijken naar de fabricage van macrosysteem, systemen op grotere schaal dan op micro-schaal, dan zien we dat er één fabricageproces de bovenhand heeft gekregen op alle andere vormen van componentfabricage, zijnde de spuitgiettechniek. Bijna alle delen van een systeem die met het oog te zien zijn, zijn gemaakt van polymeer materiaal en bekwamen hun geometrie door middel van spuitgieten. Dit is een zeer snelle, goedkope en betrouwbare manier om bijna elke vorm te verkrijgen die men wenst. De spuitgiettechnologie bleef echter steeds beperkt tot grotere componenten, terwijl de vraag naar kleinere componenten voor in microsystemen exponentieel groeit. Bouwers van spuitgietmachines willen inspelen op deze vraag en passen hun toestellen aan om het realiseren van zeer kleine structuren mogelijk te maken. De CMST groep heeft een dergelijke zogenoemde micro-injection moulding toestel aangekocht en geïnstalleerd in zijn cleanrooms. Daarnaast heeft CMST (Center for Microsystems Technology) een grote portfolio aan state-of-the-art microsystemen ontwikkeld sinds zijn bestaan en was ze betrokken bij de ontwikkeling van nieuwe microsystemen in talloze projecten met een internationaal consortium. Het betreft zowel elektronisch, optische als micro-fluidische systemen. De groep heeft dus door de aankoop van de micromouldmachine zichzelf het immense potentieel in huis gehaald om al zijn ontwikkelde microsysteem en systeemdesigns op een snelle, goedkope en betrouwbare manier te produceren. Het omzetten van dit potentieel naar de effectieve realisatie van micro-gespuitgiette microsystemen is een grote uitdaging waar de thesisstudent een belangrijke rol kan spelen, gezien de CMST groep aan het uiterste begin van deze ontwikkeling staat.

Doelstelling:

Het doel van de thesis is het fabriceren en karakteriseren van gespuitgiette microsystemen op basis van masterstukken. Deze masterstukken zijn basisstructuren die gemaakt zijn met febricagemethodes beschikbaar binnen de CMST groep, waaronder UV-lithografie, soft-lithografie, RIE, etc… . De uitdaging bestaat er vooral in de masterstukken om te zetten in een micromould en deze micromould te integreren in de spuitgietmachine. Het spuitgieten zelf gebeurt door de spuitgietmachine: een volautomatisch proces met cyclustijden van slechts enkele seconden met automatisch uitnemen van de stukken en volautomatische controle van de stukken met behulp van een robotarm. De uitvoering van deze thesis vergt een grote creativiteit van de student.

Concreet valt het werk uiteen in volgende onderdelen:

·         Bedenken en ontwikkelen van een proces om polymeer microstructuren om te zetten in een micro-mold uit harder materiaal dat de hoge drukken in de spuitgietcaviteit aankan, typisch Nikkel.

·         Bedenken en testen van verschillende mogelijkheden om deze micromould te integreren in het spuitgiettoestel.

·         Spuitgieten van diverse microsysteme en de karakterisatie ervan.

Indien de student dit wenst, kan hij zelf een microsyteem ontwerpen met een functionaliteit naar keuze. De omzetting van dit ontwerp naar de masterstukken kan door mensen van de CMST groep gedaan worden, waardoor de student zich enkel hoeft te focussen op de replicatie d.m.v. het spuitgieten.

Trefwoorden:

micromoulding, moulding, sensor, microfluidica, optica, MEMS, sensor

Locatie:

Ardoyen CMST + thuis.