Hochpräzision im µ-Bereich

Lange galt das LIGA-Verfahren (Lithografie, Galvanisierung und Abformung) mit Röntgen- statt UV-Strahlung als unzuverlässig, teuer und langsam. Bis sich Wissenschaftler des Instituts für Mikrostrukturtechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Form der Hightech-Mikroschmiede Microworks mit dem Ziel ausgründeten, das Verfahren fit zu machen für das 21. Jahrhundert. Mit Unterstützung mehrerer Fördergeber, darunter das Bundeswirtschaftsministerium, optimierte das Unternehmen mit sechs Mitarbeitern gemeinsam mit dem Mutterinstitut KIT die Röntgen-Lithografie.

Big Player auf der Nachfrageseite erkannten das Potenzial der Neuentwicklung sofort: Neben weltbekannten Uhrenherstellern aus der Schweiz greifen mittlerweile auch große deutsche Technologieunternehmen und selbst die kalifornische Elite-Universität Stanford regelmäßig auf Mikrobauteile aus dem „Ländle“ zum Einsatz in den Bereichen Mikrooptik und -mechanik, Röntgenbildgebung oder als Spezialkomponenten für Anlagen zur Herstellung von Masken für die Halbleiterlithographie zurück. Die Auftraggeber schätzten nach Aussagen von Microworks-Geschäftsführer Dr. Joachim Schulz dabei insbesondere die mit traditionellem UV-LIGA nicht zu erreichende hohe Präzision der Bauteile sowie die Zeit- und Kostenersparnis aufgrund kurzer Entwicklungszyklen.

Großforschung trifft Mikrofabrikation. Das LIGA-Verfahren in seiner Urform wurde bereits in den 1990er-Jahren am damaligen Kernforschungszentrum Karlsruhe entwickelt. Basis der Technologie ist bis heute „ANKA“ – eine auch für Forschungszwecke eingesetzte Röntgenquelle (Synchrotron). Mittels ihrer Strahlung werden Strukturen in eine Polymerschicht übertragen und die belichteten Stellen im Anschluss durch eine Entwicklersubstanz präzise herausgelöst. Die entstehenden Polymerformen können galvanisch zum Beispiel mit Reingold oder Nickel befüllt werden.

Infolge kontinuierlicher Weiterentwicklung des LIGA-Verfahrens ließen sich laut Schulz mit den extrem parallelen ANKA-Röntgenstrahlen bei Bauteilen mittlerweile nicht nur ein Aspektverhältnis, also die Relation aus Tiefe oder Höhe einer Struktur zur kleinsten lateralen Ausdehnung von nahezu 100, sondern auch sehr glatte Bauteil-Seitenwände erreichen. „Als wir angefangen haben mit ‚unserem‘ LIGA-Bauteile herzustellen, wurden wir noch ein wenig belächelt“, erinnert sich Schulz, der bereits während seiner wissenschaftlichen Tätigkeit am KIT das Potenzial der Technologie für den Werkzeug- und Formenbau im Mikrobauteilbereich erkannte. Für ihn und sein Team begann ein schwieriger Weg, denn auch nach Jahren der Forschung hielt sich auf der Anwenderseite hartnäckige Skepsis.

Völlig neue Systemfunktionen. „Können Sie das wirklich? – solche Zeichen von Überraschung hören wir mitunter noch heute“, so Schulz, der die Technologie seines Unternehmens zwischen Mikro- und Nanotechnik verortet. Gegenstand der Verwunderung: Aufgrund der enormen Qualität und Parallelität der ANKA-Röntgenquelle am KIT und der Fertigung aus einer Hand seien mit den hoch präzisen Mikrobauteilen nicht nur deutlich verbesserte, sondern häufig sogar völlig neue Systemfunktionen bei Anlagen und Verfahren möglich – etwa im Werkzeug- und Formenbau, der Prüf- und Fluidtechnik oder der Mikrooptik. Und weil das verwendete Reingold absolut inert und biokompatibel ist, können Schulz und sein Team auch in der Medizintechnik inzwischen bislang für unmöglich gehaltene Lösungen offerieren.