Ruim vijf jaar geleden werd het belang van het eerste 'microbruggetje' uit silicium vergeleken met de bouw van de eerste stalen brug. Dat laatste betekende indertijd een technologische revolutie. Bij de micromachining ligt het beeld vooralsnog genuanceerder. Voorlopig zijn slechts twee micro-produkten in massaproductie genomen: jaarlijks worden voor diverse toepassingen honderden miljoenen druksensoren geproduceerd en rollen er in Oslo iedere week 80.000 versnellingssensoren van de lopende band, geschikt voor airbags.
De conclusie dat micromachining derhalve een interessante, verkennende technologie is, blijkt desalniettemin te snel gemaakt. Dr. Miko Elwenspoek, onderzoeker bij MESA, beweert dat het instituut 'doodgegooid wordt met praktische en concrete vragen uit het bedrijfsleven'. Bovendien wordt 90% van de onderzoeksaanvragen bij STW (Stichting Techniek en Wetenschap) gehonoreerd.
Droogets
Zo bestaat vanuit 'een groot chemisch concern in Nederland' veel belangstelling voor de droogets-techniek van MESA-onderzoeker Henri Jansen. In de microtechniek, die zwaar schatplichtig is aan de micro-elektronica, wordt op een siliciumplak een lichtgevoelige laag aangebracht die na belichting geëtst wordt. Stap voor stap worden zo ingewikkelde structuren gemaakt. Bij de droogetsmethode van Jansen wordt onder het masker niet alleen recht naar beneden geëtst maar ook schuin. Hierdoor zijn vrijwel alle denkbare structuren maakbaar.
Mallen
Velen willen weten of van deze structuren ook mallen gemaakt kunnen worden voor plastic en metalen microprodukten. Dit is werk voor dr. J. Elders die kijkt of een belangrijke tussenstap van een Duits lithografie-proces (de LIGA-techniek) op deze manier kan worden overgeslagen. Voor veel produkten kan de prijs dan met een factor 100 naar beneden (bij het LIGA-procédé moet het materiaal met ultradure synchotron-straling belicht worden.)
Voor het werk van ir. Gert-Jan Burger is eveneens belangstelling vanuit het bedrijfsleven. Hitachi heeft MESA gevraagd om voor harddisc-drivers een sensor te maken die direct contact heeft met de disc. In de toekomst zullen deze discs nog sneller moeten draaien en (via direct contact dus) nog sneller worden afgelezen.
Het contact met de praktijk is goed. Op internationaal niveau is Elwenspoek realistisch en durft hij de vergelijking met de Duitse Fraunhofer-instituten wel aan. Het grote LIGA-instituut aldaar is qua omvang (± 150 mensen) en reputatie daarentegen veel groter dan MESA, maar er wordt een andere produktietechniek gehanteerd. Bij het 'Kernforschungsinstituut' in Karlsruhe zijn de 180 medewerkers min of meer geswitched naar de micromechanica, maar de resultaten vallen vooralsnog tegen, zegt Elwenspoek.
Micro-vlieg
In Japan zijn ambitieuze, fundamentele onderzoeksprogramma's opgestart met vele honderden miljoenen guldens aan overheidssteun. Zo is in Japan een mega-projekt van tweemaal vijf jaar opgestart, waarin wordt gekeken of micro-robots in menselijke aderen allerlei karweitjes kunnen opknappen (zoals het verwijderen van tumoren). Elwenspoek: 'Niemand gelooft er echt in, maar in dit kader worden op fundamenteel niveau allerlei vragen onderzocht. In de wetenschap is spelen erg belangrijk, maar ik hoef bij SWT niet te vragen of ik een micro-vlieg mag maken. Hoewel ik dat wel erg graag zou willen.'
De Fraunhofer-instituten worden voor 15% door de overheid ondersteund en zijn kleiner dan de Japanse en Duitse giganten op het gebied van micro-machining. De omvang van de onderzoeksgroepen en de aanwezige expertise maken het werk vergelijkbaar met MESA.
Elwenspoek: 'De Fraunhofer-instituten doen op dezelfde terreinen onderzoek als wij, zoals sensoren en micropompen. Op het gebied van chemische sensoren is MESA internationaal koploper. Vooral ISFETS zijn onze specialiteit. Dat zijn ionen-gevoelige field-emitters geschikt voor pH-metingen en diverse processen in de chemische en medische industrie.'
Sprekers
Op het MEMS'95 congres treden zes sprekers van MESA op en vragen twee medewerkers met posters aandacht voor hun onderzoekswerk. Geen gekke score voor de Nederlanders want van de 180 inzendingen kwamen er slechts 85 voor een verhandeling of posterpresentatie in aanmerking.
Het congres wordt bezocht door 300 deelnemers vanuit de gehele wereld. Omdat de capaciteit op het UT-terrein onvoldoende was, werd voor het congres uitgeweken naar Amsterdam. Een verzoek van Elwenspoek op het fonds 'internationale congressen' werd door de UT formeel afgewezen omdat het congres niet op UT-terrein plaatsvindt. 'Maar wij zijn gewend om voor ons zelf te zorgen,' aldus Elwenspoek die niet kan zeggen wat hij de belangrijkste inhoudelijke bijdrage van Mesa aan het congres vindt. Maar het werk van collega ir. Christina Neagu is in elk geval 'nog nooit vertoond' en hij raakt er niet over uitgepraat.
Neagu ontwikkelde een elektrochemische actuator waarbij in kubusje van enkele millimeters twee elektroden en een elektrolytoplossing zijn aangebracht. Als er spanning op de elektroden staat komt zuurstof vrij waardoor een membraan opbolt. De druk is in een paar seconden opgebouwd en blijft enkele minuten bestaan. 'Maar we moeten naar een duur van enkele dagen of weken,' vertelt Elwenspoek.
Staar
De techniek is wellicht ook een uitkomst voor mensen die leiden aan Gloucon (ofwel: Groene Staar). De ziekte komt bij 40% van de bevolking voor en wordt veroorzaakt door een te hoge druk in het oog waardoor bloedvaatjes op den duur dichtgeknepen worden. De elektrochemische actuator zou in een slangetje achter het oog operatief kunnen worden ingebracht en de druk op het oog kunnen ontlasten: het volume van de kubus kan met een elektronisch signaal van buitenaf geregeld worden.
Elwenspoek is enthousiast, maar het duurt nog enige tijd voor het eindprodukt op de markt is. 'Voordat het werkt zijn we naar schatting 50 manjaar verder, want er zal zich een veelheid aan kleine probleempjes voordoen. Maar de moeilijkste stap van de actuator is gezet. We weten zeker dat het in principe mogelijk is.'
.pic mesa2.gif
door Egbert van Hattem
Werkzaamheden in de cleanroom van het MESA-instituut op de UT
