SUPPLÉMENT DE L`INSTITUT PIERRE VERNIER

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La station d’usinage laser femtoseconde
µLas3D, un bijou de technologie
La station µLas3D est un véritable tour de force technologique, dont l’IPV vient de doter son atelier pilote.
Ce qui lui permet dorénavant de couvrir un éventail très large des demandes en innovation des industriels de
la région, dans la réalisation de composants et systèmes micro- et nanotechnologiques.
Un laser femtoseconde produit des impulsions
ou de micromarquages en passant à travers ceux-ci.
ultra-courtes, de quelques à plusieurs centaines
Cette propriété peut être exploitée comme moyen de
de femtosecondes, avec un spectre très large et une
traçabilité et elle est particulièrement bien adaptée
puissance crête gigantesque. Des durées inaccespour les produits issus des nanotechnologies. Les
sibles aux technologies électroniques !
techniques de micro- et nanostructuration par laser
Les fortes énergies impulsionnelles de ce type de laser
femtoseconde et les récents progrès dans la fiabisont utilisées pour le microlité des sources permettent
usinage de matériaux, obde réaliser des structures
jectif principal décrit au
ouvrant la voie à de nomcahier des charges de la
breuses applications : opstation µLas3D. Elle associe
tique intégrée, microfluiune machine à commande
dique, micromécanique et
numérique à un outil d’ablad’autres concepts d’avenir,
tion, composé d’au moins
LE JOURNAL DE LA RECHERCHE ET
comme la fabrication de
un laser femtoseconde.
DU TRANSFERT DE L’ARC JURASSIEN
cristaux photoniques, la
L’ablation laser consiste à
microélectronique...
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irradier un matériau par un
À l’IPV, l’équipement se
faisceau laser focalisé. A la
compose d’abord d’une
différence des ablations
chaine amplifiée « Spitfire
lasers dites « classiques »,
Pro 5 » délivrant à 800 nm
provoquant un échauffedes impulsions de 0.5mJ
ment de la zone irradiée, le
à un taux de répétition de
processus femtoseconde
5kHz. Ramenée à la durée
passe par une ionisation de
d’impulsion qui est égale
la matière. Lorsque le seuil
à 100 fs, la puissance crête
d’ablation est atteint, l’éjec(5GW) est celle d’une cention de nanoparticules se
N°238 - septembre-octobre 2011 /////////
trale nucléaire. Une stafait sans apport thermique,
tion d’usinage 3D intègre et
permettant une résolution
pilote simultanément une
micrométrique sans fissuration, endommagements
ou plusieurs sources lasers, nanoseconde pour les
thermiques ou pollution de la zone affectée.
opérations d’ébauche et femtoseconde pour les opéraCe procédé de microfabrication est particulièrement
tions de finition. Elle est dotée d’un système 5 axes de
bien adapté aux travaux de précision sur des pièces
précision, de deux têtes galvanométriques, ainsi que
de petites dimensions et sur tout type de matériaux
d’une tête nanométrique supplémentaire montée en Z.
(métaux, céramiques, polymères, cristaux ou encore...
L’objectif est de pouvoir usiner des formes diverses
explosifs !). L’ablation sélective est un avantage du
(asphériques, cylindriques, coniques...).
procédé, dont l’une des applications est le décapage
La station µLas3D est destinée au prototypage et à la
sélectif et contrôlé de couches minces. C’est la seule
présérie pour le domaine médical, le transport, la
technologie directe, capable de réaliser des perçages
défense, et les secteurs de l’horlogerie, bijouterie,
de quelques microns, voire moins.
joaillerie et lunetterie.
La maitrise du point d’impact suivant l’axe de focalisaUne journée technique et d’inauguration est prévue
tion permet la réalisation de gravure dans la masse par
avant la fin de l’année 2011 à l’IPV. La date et le promodification d’indice de réfraction dans les matégramme de cette journée seront disponibles sur
riaux transparents, et la réalisation de micro-usinages
http://www.institut-vernier.fr
SUPPLÉMENT
DE L’INSTITUT
PIERRE VERNIER
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Technologie LIGA-UV :
précision et qualité
pour des composants nickel
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.
De la LIGA-X
à la LIGA-UV
Variantes d’un même procédé, la LIGA-X et la LIGA-UV
présentent cependant deux différences fondamentales. A 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

Substrat
Dépôt couche mince conductrice
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


Résine SU-8

Insolation à travers un masque
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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.
Résines SU-8, pour
une fabrication
en direct
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 3µm, 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

Élimination de la résine non insolée
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.
Technotrans : l’électroformage
nouvelle génération
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
100µm/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.

Électroformage du métal dans la matrice

Élimination de la résine
Pièce finale
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les actualités /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Club R&D Ingénierie du
Pôle Véhicule du Futur
Le Pôle Véhicule du Futur, en partenariat avec l’IPV,
propose un club R&D Ingénierie, le vendredi 9 septembre, de 15h00 à 18h00, à l’IPV. Ce club s’adresse
aux dirigeants et responsables R&D/production des
entreprises membres du Pôle Véhicule du Futur. Il a
pour principales vocations d’échanger sur les expériences réussies, de favoriser l’émergence de projets et
d’informer des soutiens financiers à l’activité Recherche et Développement. Cette prochaine rencontre
sera centrée autour de l’éco-conception.
Informations et inscriptions :
[email protected] /
[email protected]
Usinage
ultrasonore :
place à la
créativité et
à l’innovation
La microfabrication,
un levier d’innovation
pour l’industrie
microtechnique
L’IPV organise le jeudi 22 septembre 2011, de 14h00
à 17h00, une journée technique autour de trois
procédés et méthodes de microfabrication (LIGA,
DRIE et TRIZ) pouvant faire l’objet de nouveaux choix
technologiques pour l’industrie microtechnique.
Des applications industrielles illustreront cette
thématique.
Nouvelle direction
et nouveaux défis
Jean-Michel Paris, Directeur du Pôle des
Microtechniques depuis cinq ans, a pris ses
fonctions de Directeur de l’Institut Pierre Vernier
le 1er juillet dernier. Cette nomination permet à
l’IPV de poursuivre sa mission d’accompagnement
des entreprises dans la définition de leurs
besoins d’innovation et de développement de
projets industriels, tout en laissant envisager un
élargissement de ses compétences dans le cadre
du programme « Investissements d’avenir ». De
nouveaux financements permettraient d’investir
dans la maturation des technologies issues des
laboratoires publics et des les amener au plus près
des besoins des entreprises.
L’IPV propose, en collaboration avec FEMTO-ST, une
journée technique sur les
dernières évolutions technologiques de l’usinage
ultrasonore et la diversité
des champs d’application, le jeudi 15 septembre 2011,
de 9h00 à 13h00, à l’IPV. Une technique de microusinage de formes variées de matériaux durs et fragiles
(rubis, saphir, quartz, silicium, cristal zircone, alumine,
titane et ses alliages) destinée à l’horlogerie-joaillerie,
le biomédical, l’avionique, l’optique ou la fluidique.
Pour plus d’informations :
[email protected]
Inscriptions :
[email protected]
Métrologie
La journée technique
« Métrologie » a pour but
d’aborder le dimensionnement géométrique, le
tolérancement, les états
de surfaces, ainsi que les
moyens de métrologie mis
à disposition pour évaluer
la conformité des produits.
Les nouvelles technologies de mesure et l’amélioration de la productivité
feront également l’objet des discussions envisagées.
Cet événement aura lieu le jeudi 29 septembre 2011
de 9h00 à 12h00, dans les locaux de l’IPV.
Le programme complet de ces différentes journées
est disponible sur : www.institut-vernier.fr
Contact technique : [email protected].
Inscriptions : [email protected]
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 Contact : Susane Angers - Service communication - Institut Pierre Vernier - Tél. (0033/0) 3 81 40 57 08 - [email protected]
Supplément de l’Institut Pierre Vernier, Franche-Comté innovation et transfert - Directeur : Jean-Michel Paris - Tél. (0033/0) 3 81 40 57 08
L’IPV reçoit le soutien du FEDER, de la DIRECCTE, de la DRRT, du Conseil régional de Franche-Comté, du Conseil général du Doubs
et de la Communauté d’agglomération du grand Besançon.  Supplément du journal en direct - Éditeur de la publication : université de Franche-Comté, 1 rue Claude Goudimel, 25030 Besançon cedex
Directeur de la publication : Claude Condé, président de l’université de Franche-Comté - Impression : Imprimerie Simon à
Ornans, Imprim’vert - ISSN : 0987-254 X - Dépôt légal : à parution - Commission paritaire de presse : 2262 ADEP - 6 nos par an
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