VA K B L A D OV E R P R E C I S I E T E C H N O L O G I E J A A R G A N G 4 5 - N U M M E R 4

Precisietoepassingen van glas

Actieve demping versus optimale stijfheid

PrecisiePortaal: Lijmen van kleine onderdelen

MIKRONIEK IS EEN UITGAVE VAN DE NVPT

5

10

17

18

24

29

30

Precisietoepassingen van glasGlas is meestal niet de eerste keus als materiaal vooreen precisietechnologische toepassing. Maar vanwegezijn specifieke (optische, chemische en thermische)eigenschappen zijn er voor glas wel degelijk precisietoe-passingen.Verslag van een themadag van Mikrocentrum.

PrecisiePortaal: LijmenTer kennismaking met NVPT-website het PrecisiePortaal wordeninteressante publicaties uit het verleden besproken. Ditmaal de arti-kelen “Lijmen van kleine onderdelen” uit 1993 en 1994. De drieDelftse auteurs zetten daarin het lijmproces uiteen: (theoretische)aspecten van lijmen, reiniging, optimalisatie en testresultaten.

Opleidingen van MikrocentrumNaast Precisiebeurs en themadagen verzorgt Mikrocentrum op hetgebied van de precisietechnologie opleidingen, zoals ‘Constructie-principes voor de precisietechnologie’.Voor komend najaar staantwee nieuwe cursussen op het programma, te weten ‘Micro SysteemTechnologie’ en de ‘Piëzo Training Course’.

Actieve demping versus optimale stijfheidEen aardige toepassing van piëzotechnologie ligt in de actieve dem-ping van trillingen in precisieapparatuur. De uitdaging ligt hier in decombinatie van regeltechniek voor actieve demping met gevestigdeconstructieprincipes voor met name optimale stijfheid. Dit wordt geïl-lustreerd aan de hand van de lensophanging van een wafer scanner.

PersberichtenMet onder meer:Eerste Nationale Micro Nano ConferentieNyquist introduceert geavanceerde motion-control software Meten met een microtasterCongres Mechatronica2005

NVPT-nieuwsNieuwe eindredacteur MikroniekNVPT neemt deel aan Studiebeurs 2005Mikroniek Beursspecial

Kennis van Elkanders KunnenProductontwikkeling op AMOLF

4 In dit nummerIn dit nummerMMiikk

rroo

nniiee

kk

--

2200

0055

N r . 4 2 0 0 53

Colofon

DoelstellingVakblad voor precisietechnologie en fijnme-chanische techniek en orgaan van de NVPT.Mikroniek geeft actuele informatie over tech-nische ontwikkelingen op het gebied vanmechanica, optica en elektronica.Het blad wordt gelezen door functionarissendie verantwoordelijk zijn voor ontwikkelingen fabricage van geavanceerde fijnmechani-sche apparatuur voor professioneel gebruik,maar ook van consumentenproducten.

UitgeverNederlandse Vereniging voor Precisie Technologie (NVPT)Postbus 1902700 AD ZoetermeerTelefoon 079 – 353 11 51Telefax 079 – 353 13 65E-mail office@nvpt.nl

AbonnementskostenNederland € 55,00 (ex BTW) per jaar Buitenland € 70,00 (ex BTW) per jaar

Redactie Hans van EerdenE-mail eerd9@introweb.nl

Advertentie-acquisitieNVPTJanette van de ScheurE-mail office@nvpt.nl

Vormgeving en realisatieTwin Design bvPostbus 3174100 AH CulemborgTelefoon 0345 – 470 500Telefax 0345 – 470 570E-mail info@twindesign.nl

Mikroniek verschijnt zes maal per jaar.© Niets van deze uitgave mag overgenomenof vermenigvuldigd worden zonder nadruk-kelijke toestemming van de redactie.

ISSN 0026-3699

De coverfoto (een glas-metaaldoorvoer) isbeschikbaar gesteld door Louwers Glass andCeramic Technologies.

N r . 4 2 0 0 5 4

edit

ori

alOp 25 mei hebben EZ-minister Laurens Jan Brinkhorst en zijn Vlaamsecollega minister Fientje Moerman het groene licht gegeven voor het HolstCentre op de High-Tech Campus in Eindhoven. Dit centrum gaat techno-logie ontwikkelen voor ‘autonome draadloze microsystemen’ en ‘syste-men op folie’ (elektronica in dunne lagen, op grote oppervlakken). In dewoning, in de zorg, op de werkplek, in industriële toepassingen of in devrije tijd: de trend is naar kleinere en plattere producten, met intelligentieaan boord en draadloos communicerend met hun omgeving.Trekkers zijn IMEC (Leuven) en TNO, Philips is mede-initiatiefnemer eneerste partner. Het Holst Centre richt zich op ‘open innovatie’: medewer-kers van IMEC, TNO, bedrijven en universiteiten werken onder één daksamen in programma’s. Deze leiden tot generieke technologie (bouwblok-ken, platforms, demonstrators) waarmee de bedrijven vervolgens huneigen, specifieke producten kunnen creëren.

De relatie met precisietechnologie is significant. Binnen het programma‘autonome draadloze systemen’ gaat het bijvoorbeeld om het miniaturise-ren van draagbare apparaten waarmee de gezondheidstoestand van men-sen voortdurend kan worden bewaakt. Een draagbaar monitoringapparaatvan schoenendoos- naar dobbelsteenformaat brengen, is een uitdaging ophet vlak van microassemblage en interconnectietechnologie. En bij folie-systemen: hoe maak je (bio)chemische sensoren voor eenmalig gebruik,met polymeerelektronica in meer lagen, geprint op kunststof? De beno-digde processtappen (zoals het structureren van en jetten op substraten)zijn slechts met precisietechnologie realiseerbaar.

De ambitie is internationaal toonaangevend te zijn. Maar dat begint metgoede inbedding in de eigen industriële en universitaire omgeving. HetHolst Centre wil daarom tot uitstekende samenwerking komen metNederlandse en Vlaamse spelers op het gebied van precisietechnologie.Zij kunnen deelnemen in de programma’s van het centrum en resultatenvan het onderzoek toepassen in hun producten en productiesystemen.Doordat programma’s in het centrum spelers uit de gehele keten bij elkaarbrengen, komen aanbieders van precisietechnologie bovendien in samen-werking met hun potentiële afnemers. Het ‘open innovatie’-concept zaloverigens nog wel even wennen zijn. Maar zonder innovatieve manierenvan samenwerken gaan we de wedstrijd in ieder geval verliezen. De tijdvan bedrijven en kennisinstellingen als bolwerken is voorbij.

Jaap LombaersTNO Industrie en Techniek

Open innovatie

N r . 4 2 0 0 55

THEMADAG MIKROCENTRUM

Precisietoepassingenvan glas

Glas is meestal niet de eerste keus als materiaal voor een precisietechnolo-

gische toepassing.“Pas wanneer de specifieke eigenschappen als transparant,

chemisch bestendig, isolerend, thermoshock-bestendig, lage uitzetting of bij-

zondere optische eigenschappen nodig zijn, wordt er aan gebruik van glas als

constructiemateriaal gedacht.” Dat schreef Mikrocentrum in de uitnodiging

voor de themadag ‘Precisietoepassingen van Glas’ op 10 mei jl. Interessante

inleidingen van diverse glasspecialisten maakten het ruimschoots de moeite

waard die in Mikroniek samen te vatten.

• Frans Zuurveen •

DDagvoorzitter is Jaco Saurwalt, manager TechnologyServices & Consultancy van ECN in Petten. Na een korteinleiding geeft hij het woord aan Antoon Wesselink, direc-teur van Schott Benelux BV in Tiel, die ingaat op de belang-rijke rol van Schott in de ontwikkeling van speciaalglas enbijbehorende technologieën.

Glas, een ongelooflijke vloeistofHet oudste glasrecept, opgeschreven 700 jaar voor het beginvan onze jaartelling: “Neem 60 delen zand, 180 delen as vanzeeplanten, 5 delen krijt en je krijgt glas.” Als je voor die asvan zeeplanten ‘soda’ en voor krijt ‘kalk’ leest, kom je opeen recept dat vandaag de dag nog geldig is. Zand oftewelsiliciumdioxide is het basismateriaal, en soda oftewel natri-umcarbonaat en calcium (benevens stoffen als loodoxide enkaliumcarbonaat) dienen als structuurveranderaars. En

natuurlijk is een oven nodig om al die componenten samente smelten.

In Jena legde Otto Schott vanaf 1884 samen met Ernst Abbede theoretische en praktische fundamenten voor twee suc-

Afbeelding 1. Diverse producten van het Schott-concern.

cesvolle concerns: Carl Zeiss voor optische instrumenten enSchott voor het daarvoor benodigde speciaalglas. Gedurendezijn bestaan ontwikkelde het Schott-concern niet alleenallerlei bijzondere optische glazen maar ook diverse techno-logieën voor de fabricage ervan. Dat zijn: blazen voor hetmaken van hol glas, persen voor (bijvoorbeeld) TV-glas, gie-ten voor grote producten, trekken voor glasbuizen of vlakglas, rollen voor (bijvoorbeeld) kookplaten, en floaten (‘drij-ven’ op een tinbad) voor LCD-glas. Naast deze ‘warme’procédés ontwikkelde het bedrijf ‘koude’ bewerkingstechno-logieën als zagen, slijpen en polijsten. Zie Afbeelding 1.

Van de technologische mijlpalen in de lange geschiedenisvan Schott noemen we hier de uitvinding van borosilicaat-glas (laboratoriumglas bestand tegen temperatuurwisselin-gen) in 1887, de ontwikkeling van Zerodur-glaskeramiek(onder meer als drager voor telescoopspiegels) in 1968, deinvoering van PICVD-coating (Plasma Impulse ChemicalVapour Deposition) in 1993 en de levering van een compleetprogramma van optische materialen voor de IC-industrievanaf 1998. Op het ogenblik heeft Schott 18400 medewer-kers in 37 landen en een omzet van twee miljard euro.

Schott is onder het motto “glass made of ideas” van de purelevering van producten overgestapt op het samen met klan-ten zoeken naar oplossingen van technische problemen. Indat kader wordt er fundamenteel onderzoek gedaan in drieplatforms: lithografie, coatings en substraten. Voorbeeldenvan toepassingen daarvan zijn een airbagsensor met glas alsisolator, inwendige SiO2-coating van PET-flessen en glas alssubstraat voor dataopslag.

Technisch glasDe titel van de voordracht van Ardi Dortmans, programma-leider Precision Ceramics bij TNO Industrie en Techniek inEindhoven, luidt: “Materiaal performance van technischglas”. Hij vertelt dat voor optische precisietoepassingen eeninstantane geometrische stabiliteit van 10-9 en een stabiliteitvan 10-6 over één jaar worden geëist. Vooral anisotropie eninterne spanningen maken het halen van die maatvastheids-eisen een zware opgave. Voor optische toepassingen wordttegenwoordig – naast conventionele glassoorten, kwarts enZerodur – ook SiC gebruikt. Voordelen van dat materiaalzijn onder meer dat het lichter en stijver is dan glas. Bij hetultraprecies bewerken – “craft or art?”, vraagt Dortmanszich af – wordt vandaag de dag zelfs in picometers (10-12 m)gedacht en gewerkt!

Microkruip en -plasticiteit spelen een rol als het gaat om dehoogste geometrische stabiliteit. Voor glas blijkt de blijven-

de (dus plastische) vervorming bij trekspanningen pas op tetreden in de buurt van de treksterkte, bij compressie bij span-ningen in de orde van grootte van de helft tot een derde vande hardheid. Dat laatste is relevant voor praktische toepas-singen. Het slijpen en polijsten van glas leidt tot restspannin-gen en haarscheurtjes, waardoor vormveranderingen optre-den. Dit staat bekend als het Twyman-effect.

De geometrische stabiliteit van glas is door TNO experimen-teel onderzocht door dunne schijven te bewerken en dekromming ervoor en erna te meten. Dortmans toont enkeleresultaten: de interferometrisch gemeten kromming van eenproefstuk bedraagt 660 nm na een warmtebehandeling en1400 nm na de daaropvolgende mechanische bewerking.Bewerken met fijne korrel blijkt als functie van de tijd min-der vervorming op te leveren dan bewerken met grove kor-rel. Dit heeft te maken met een soort spanningsrelaxatie. Alsde hoogste geometrische stabiliteit wordt verlangd, is daar-om spanningsvrij etsen na het bewerken aan te raden.

Antiballistisch (kogelwerend) glas wordt toegepast in leger-voertuigen, sensoren en persoonlijke beschermingsmidde-len. Tot nu toe wordt daar bijvoorbeeld floatglas voorgebruikt, maar TNO heeft gezocht naar alternatieve materia-len. α-Al2O3, γ-AlON en MgAl2O3 zijn of lijken geschikt. Inhet Europese project TRAM (Transparant Armour Materials,4 MEUR) wordt verder onderzoek gedaan, waarin ook oxini-tride-glas (YSiAlON) wordt betrokken.

Technisch glas als constructiemateriaalVervolgens vertelt Jaco Saurwalt over een aantal toepassin-gen van glas in de ECN-praktijk. Voor het bepalen van ato-

N r . 4 2 0 0 5 6

THEMADAG MIKROCENTRUM

Afbeelding 2.De door ECN ontwikkelde oven voor neutronendiffractie.

maire materiaalstructuren met neutronendiffractie was hetnodig proefstukken tot 1600 ºC te verwarmen. Daarvoor isgekozen voor een kwartsglazen omhulling, die vacuümwordt gepompt, zie Afbeelding 2. Het buisvormige proef-stuk wordt van binnen aangestraald door een verwarmings-element van molybdeen, waarvan de oxidatie door een zuur-stofgetter wordt voorkomen.

Een andere toepassing van glas is die in een simulator voorkolenvergassing (Pressurized Entrained-Flow Gasification).In een kwartsglazen buis van 3 m lengte wordt een laminai-re stroming van gas met poederkool opgewekt. Over eenaantal lengtesegmenten van de pijp wordt de temperatuur totmaximaal 1600 ºC ingesteld met behulp van stralingsbran-ders aan de buitenzijde. Kwartsglas is ook gekozen bij deconstructie van een pneumatische transportreactor voor dedehalogenering van stookgas met behulp van HCl.

Verzuring van omgevingslucht wordt gemeten met eendunne waterfilm in een roterende buis van borosilicaatglas,zie Afbeelding 3. Gassen als ammoniak lossen op in dewaterfilm en zijn op ppb-niveau detecteerbaar door analysevan de vloeistof. Glas verdient hier de voorkeur omdat ditmilieu-meetinstrument bij een seriegrootte van enkele tien-tallen stuks hiermee goedkoop realiseerbaar is.

Andere toepassingen van glas die Saurwalt noemt, zijn die inzonnecellen (hard glas ter bescherming van de eigenlijke

PV-cellen), in keramische membranen voor pervaporatie(coating van SiO2 met poriën ter grootte van enkele tiendenvan een nanometer) en in nieuwe reactorconcepten (vanwe-ge de transparantie van glas met creatie van diverse stro-mingsprofielen bij variërende temperatuur).

Laboratorium op glazen chipRonny van ’t Oever is directeur van Micronit MicrofluidsBV in Enschede. Hij vertelt hoe dit innoverende bedrijf zichvanaf 1999 heeft toegelegd op de miniaturisatie van chemi-sche en fysische laboratoria. In plaats van een omvangrijkelabopstelling met retorten, kookvaten, pompen en leiding-werk, zie Afbeelding 4, realiseert Micronit zo’n compleetlaboratorium op een glazen chip. Enkele dimensies: chipsvan 1 tot 10 cm2, kanalen met een breedte van 10 tot 100 µmen volumes van 0,01 tot 10 µl. De lab-on-chip’s van Micronitkunnen worden toegepast voor DNA- en proteïne-analyse,chemische reacties, screening, en analyses van ionen endeeltjes.

N r . 4 2 0 0 57

Afbeelding 4. Een conventionele opstelling in een chemisch labora-torium.

Afbeelding 3. Het ECN-instrument voor het meten van de con-centratie van verzuringsgassen in lucht.

Als materialen worden, afhankelijk van de agressiviteit enviscositeit van de vloeistoffen, voornamelijk kwarts, borosi-licaatglas en kalksodaglas toegepast. De bewerkingstechno-logieën – vergelijkbaar met die uit de dunnefilm- en IC-tech-niek – zijn poederstralen, natchemisch en plasma-etsen,elektrodedepositie, bonden en zagen; zie Afbeelding 5.Poederstralen is relatief goedkoop maar levert altijd vrijruwe V-vormige kanalen met een eenzijdige hoek van 70 tot80º. Natchemisch etsen geeft gladdere oppervlakken en isnauwkeuriger. Met plasma-etsen zijn loodrechte wandenrealiseerbaar en de kanalen kunnen dieper zijn dan hunbreedte, bij een uitstekende maatbeheersing.

Elektroden worden op het glas aangebracht door opdampenof sputteren in combinatie met fotolithografisch etsen.Bonden is het verbinden van twee glassubstraten zonderlijm, puur op grond van de adhesie van de gladde en uiterstschone glasoppervlakken, zo ongeveer als het ‘aanspringen’van eindmaten. Bonden kan ook plaatsvinden door de tweesubstraten een tegengestelde elektrische polariteit te geven:anodisch bonden. Zagen en breken zijn de laatste stappen inhet fabricageproces.

Verpompen van geladen vloeistofdeeltjes gebeurt in de lab-on-chip met behulp van een elektrisch veld. Met zogehetenelektrokinetische injectie kunnen zeer kleine vloeistofvolu-mes nauwkeurig worden gedoseerd. Deze principes zijndoor Micronit succesvol toegepast in chips voor elektrofore-se (scheiden van geladen deeltjes in een elektrolyt met

behulp van een elektrisch veld), voor geïntegreerde detectie(meten van geleidbaarheid met geïntegreerde elektroden), inmicroreactoren (mixen en laten reageren van diverse vloei-stoffen) en wafers voor MEMS (Micro Electro MechanicalSystems, hier voor het inkapselen van sensoren op een sili-ciumsubstraat).

Glas aan metaalJan Vervest is technisch directeur van Louwers Glass andCeramic Technologies in Hapert, gespecialiseerd in de ont-wikkeling en productie van precisiecomponenten van glas enkeramiek. Zijn voordracht gaat over glas-metaalverbindin-gen, waarvan de basisproblematiek al zo oud is als de ont-wikkeling van de gloeilamp.

De verschillende glas-metaalverbindingstechnieken zijn –met afnemend temperatuurgebied – smelten, solderen, ther-mocompressie en anodisch verbinden. Belangrijke uitgangs-punten bij de keuze van een techniek zijn de thermische uit-zetting van de te verbinden materialen, de verbindingstem-peratuur versus gebruikstemperatuur, de geometrie (strevennaar rotatiegeometrie), de maattoleranties en de vacuüm-technische en elektrische eisen.

Voorbeelden van smeltverbindingen zijn te vinden in buis-voeten voor helderheidsversterkers en zendbuizen, van sol-deerverbindingen in elektrische doorvoeren voor procesva-ten, van thermocompressie in hogedruk-kwiklampen en zon-neboilersystemen, en van anodisch verbinden in microzeef-

N r . 4 2 0 0 5 8

THEMADAG MIKROCENTRUM

Afbeelding 5. Door Micronit bewerkte onderdelen van glas.

Afbeelding 6. Een UHV-doorvoer als voorbeeld van de glas-metaalexpertise van Louwers.

elementen; zie Afbeelding 6. Heel belangrijk bij de keuzevan de technologie is dat de thermische expansie van de ver-schillende materialen uitsluitend – zo klein mogelijke –drukspanningen veroorzaakt, en dus geen trekspanningen,die tot breuk kunnen leiden. Kennis van de thermische mate-riaaleigenschappen is daarvoor onontbeerlijk.

Aan het eind van zijn voordracht concludeert Jan Vervest dater, afhankelijk van de toepassing, een veelheid aan materi-aalcombinaties mogelijk is en dat de gekozen verbindings-techniek bepalend is voor de uiteindelijke maattoleranties.Veel van de glas-metaalverbindingen zijn daarbij uitstekendtoepasbaar in het UHV-gebied (ultrahoogvacuüm). Hijbeveelt klanten aan zoveel mogelijk te standaardiseren opéén techniek en de kwaliteitsaspecten goed meetbaar te spe-cificeren.

Meten van vrije vormenVision Dynamics in Eindhoven ontwikkelt processen enmeettechnieken voor het op submicrometerniveau fabricerenvan producten met een optische eindkwaliteit. Hugo de Haanis managing director van de Vision Dynamics Group en legtuit dat het veel efficiënter is gekromde oppervlakken recht-streeks op de bewerkingsmachine te meten dan separaat op‘stand alone’-meetmachines.

De conventionele keten voor de bewerking van vrije preci-sievormen (bijvoorbeeld matrijzen voor multifocale brillen-glazen) bestaat uit voorbewerken, meten, polijsten of dia-mantdraaien, meten, correctief polijsten of diamantdraaien,meten en coaten. Duidelijk is dat het vervangen van dit ite-ratieve proces door een ‘first time right’-productieproces tijden dus geld bespaart. De rol van Vision Dynamics daarinbestaat uit het ontwikkelen van technieken voor het metentijdens het bewerken.

Een van de technieken is IIPM: Interferometric In ProcessMetrology. Die is alleen toepasbaar als de te meten opper-vlakken spiegelend zijn door een voorgaande polijstbewer-king. De techniek werkt contactloos en maakt het mogelijkafwijkingen tot 50 nm te detecteren. In het kader van eenIOP-Senter-project is samen met TNO een FJP-robot (FluidJet Polishing) ontwikkeld die tijdens het bewerken meet metbehulp van IIPM; zie ook het artikel in Mikroniek 2005, nr.3. Het doel is vormafwijkingen tot 60 nm en rms-ruwheids-afwijkingen tot 1 nm te meten.

Een andere ontwikkeling van Vision Dynamics in samen-werking met Philips Electronics is deflectometrie; zieAfbeelding 7. Deze meettechniek is gebaseerd op een opti-

sche ‘slope sensor’, waarmee contactloos en met hoge snel-heid de slope (helling) van een oppervlak gemeten kan wor-den. Dit gebeurt puntsgewijs en langs verschillende lijnen ophet oppervlak. Vervolgens kan met behulp van een integra-tie-algoritme de 3D-topografie van het oppervlak wordengereconstrueerd. Deze meetmethode heeft als voordelen dathet meetproces op de machine kan worden uitgevoerd, en dathet snel, nauwkeurig (±0,5 µm over 200 mm, resolutie 200nm) en heel flexibel is. Dat laatste omdat zowel sferische,asferische als vrije-vormoppervlakken met een grote varië-teit in radii kunnen worden gemeten.

De Haan concludeert dat het begrijpen en transformeren vande bewerkings- en meetketen van vrije precisievormen leidttot hogere nauwkeurigheid en lagere kostprijs. Succesvolmeten tijdens het bewerkingsproces is alleen snel te bereikenals researchinstituten en de industrie marktgeoriënteerdsamenwerken.

N r . 4 2 0 0 59

Afbeelding 7. De polijstrobot van Zeeko waarop TNO het ‘fluidjet’-polijstproces heeft geïmplementeerd, samen met de deflecto-meter van Vision Dynamics.

saurwalt@ecn.nlantoon.wesselink@schott.nlardi.dortmans@tno.nlronny.oever@micronit.nl

jan.vervest@louwers.nlhugo.dehaan@visiondynamics.nl

Informatie

H

N r . 4 2 0 0 5 10

Het doel van het PrecisiePortaal is het informeren van deNederlandse precisiesector over cursussen, evenementen,onderzoek en internetlinks. Daarnaast bevat hetPrecisiePortaal een database, de zogeheten PrecisieMatrix.Deze bevat artikelen en andere informatie gerangschiktonder veertien disciplines. Hieronder bevinden zich veertigjaargangen Mikroniek-artikelen, tot en met 2004. Eén vande interessante onderwerpen die in de PrecisieMatrix is tevinden is lijmen, een verbindingstechniek die in de marktgroeiende belangstelling krijgt. Een zoekopdracht leidt tottwaalf hits, waaronder de drie delen van het ‘Delftse’ artikelvan ruim tien jaar geleden. Daarin zetten de auteurs hetlijmproces uiteen: (theoretische) aspecten van lijmen, reini-ging, optimalisatie en testresultaten. Er volgt nu een samen-vatting van deze artikelen.

MechanismenLijmen leidt nogal eens tot teleurstellingen door een voor-tijdig falen van de verbinding. In tegenstelling tot wat tedikwijls gedacht wordt, is het construeren van een kwalita-tief goede lijmverbinding een vrij ingewikkelde zaak, waar-bij naast praktische ervaring enige kennis van de fysische en

chemische processen die bij het lijmproces een rol spelen,onontbeerlijk is. In de literatuur kan men de volgende alge-meen aanvaarde hoofdmechanismen onderscheiden:• mechanische verankeringstheorie,• adsorptietheorie,• diffusietheorie.

Mechanische verankeringstheorieDe hechting tussen lijm en substraat berust volgens dezetheorie op het mechanisch verankeren (vastgrijpen) van delijm in de onregelmatigheden van het substraatoppervlak,zie Figuur 1. Goede hechting berust volgens deze theorie op het geheelmet lijm bevochtigen van een ruw substraatoppervlak datvooraf goed gereinigd is.

Figuur 1. Een typisch voor-beeld van mechanische veran-kering tussen lijm en substraat.

PRECISIEPORTAAL: LIJMEN

• Jeroen Heijmans • Redactielid van het PrecisiePortaal •

Het PrecisiePortaal belicht: LijmenOm u kennis te laten maken met NVPT-website het Precisie-

Portaal, worden in deze rubriek interessante publicaties uit het ver-

leden besproken. Ditmaal de artikelen “Lijmen van kleine onder-

delen”, verschenen in Mikroniek in 1993, nr 5, en 1994, nr. 1 en 6.

De auteurs zijn J.A. Poulis, J.C. Cool en E.H.P. Logtenberg, verbon-

den aan de Technische Universiteit Delft.

AdsorptietheorieDe moleculaire bindingskrachten zijn (ietwat willekeurig)ingedeeld naar sterkte in primaire en secondaire krachten,zie Tabel 1. De primaire of chemische bindingen kunnenworden onderverdeeld in ionische, covalente en metaalbin-dingen.

Tabel 1. De soorten aantrekkingskrachten die een rol kunnenspelen in het lijmproces, tesamen met hun typische bindings-energie.

Type Bindingsenergie(kJ/mol)Primaire bindingenIonisch 590 - 1050Covalent 63 - 710Metallisch 113 - 347Secondaire bindingenWaterstofbruggen 10 - 30Van der Waals bindingenPermanente dipool-dipool 10 - 42Dipoolgeïnduceerde dipool 4 - 21London dispersiekrachten 0,08 - 42

De hechtingsverbetering die ontstaat door het opruwen vanhet oppervlak, kan volgens de adsorptietheorie gevolg zijnvan vergroting van het contactvlak tussen lijm en substraat.

DiffusietheorieBij deze theorie berust de adhesie tussen lijm en substraatop diffusie tussen de polymeerketens in de grenslaag, ervanuitgaande dat het substraat ook een polymeer is. Deze theo-rie kan de hechting bij het lijmen van zachte kunststoffenverklaren, zoals het lijmen van PVC met PVC-lijm. Hetoplosmiddel weekt beide kunststofdelen op en laat ze daar-na als het ware versmelten. Ook de hechting tussen lijm enprimer berust ten dele op dit mechanisme.

LijmkeuzeVoor het verlijmen van assen in gaten komen twee ‘lijmfa-milies’ in aanmerking: acrylaten en epoxies. Een van devoordelen van moderne acrylaten is dat zij kunnen hechtenaan enigszins olieachtige metalen oppervlakken. Dezeeigenschap ontstaat door speciale toevoegingen in de primerof in de lijm zelf, die door de olie heendringen of met deoppervlakteverontreinigingen reageren. Sommige acrylatenzijn gevoelig voor vocht. Zowel cyanoacrylaten als anaëro-bics behoren tot de acrylaatlijmen.

• Cyanoacrylaten zijn eencomponentlijmen. De uithar-dingsreactie wordt geïnitieerd door een licht basischoppervlak; waterdamp op het oppervlak is vaak al vol-doende om de uitharding op gang te brengen. Door delage viscositeit penetreert de lijm goed in de poriën vanhet substraatoppervlak en de lijm is daarom in staat eenblijvende en sterke verbinding te realiseren bij bijna allesoorten materialen. Beperkingen in de toepasbaarheid vancyanoacrylaten zijn de sterkte op lange termijn en de snel-le hechting, waardoor slechts kleine oppervlakken ver-lijmd kunnen worden.

• Anaërobe lijmen zijn een speciale soort acrylaten. Sindshun introductie is het aantal technische toepassingenenorm uitgebreid. Ze zijn vloeibaar en beginnen uit teharden als ze van de lucht worden afgesloten. Ze wordenveel toegepast als moerborging, voor het op zijn plaatshouden van lagers en voor het bevestigen van coaxialedelen.

• Epoxies zijn tweecomponentenlijmen die in vele vormenbeschikbaar zijn. Eigenschappen die speciaal aan hetgebruiksdoel kunnen worden aangepast zijn: viscositeit,hoge schuifsterkte, goede pelsterkte en schokweerstand,hittebestendigheid en hoge duurzaamheid. Vergelekenmet andere lijmen zijn het uitstekende spleetvullers enbeschermen ze tegen galvanische corrosie. Hoewel deoptimale sterkte bereikt wordt bij uitharden op 80 ºC, isook een behoorlijke sterkte mogelijk zonder extra verwar-ming. Epoxies hebben een ruime verwerkingstijd, schei-den nauwelijks vluchtige stoffen uit tijdens het uithardenen hun hardingskrimp is gering. Voor een optimale bin-dingssterkte is een zeer schoon en droog oppervlak ver-eist.

BelastingsvormEen groot dragend lijmoppervlak alleen is geen voldoendevoorwaarde om een sterke lijmverbinding te creëren. Ookde wijze van belasten van de verbinding speelt een grote rol.Omdat een lijmverbinding slechts tegen afschuiving bestandis, moet het ontwerp van de te verlijmen onderdelen daaropworden aangepast. In Figuur 2 zijn vier verschillende belas-tingsvormen weergegeven.

Vocht en duurzaamheidEen van de grootste boosdoeners voor een lijmverbindingop korte maar zeker ook lange termijn is vocht. In sommigegevallen kan het aanbrengen van een O-ring boven in het gateen goede bescherming tegen vocht geven.

N r . 4 2 0 0 511

TemperatuurOver het algemeen is de temperatuurgevoeligheid van delijmverbinding makkelijker te doorgronden dan die voorvocht. Het temperatuurgebied waarin de lijm goed functio-neert is meestal duidelijk aangegeven door de fabrikant.Snel optredende grote temperatuurschommelingen kunnenspanningspieken doen ontstaan, die fatale haarscheurtjes inde lijmnaad kunnen veroorzaken. Vaak gemaakte fouten zijnhet plaatsen van een zojuist gelijmde (maar nog niet uitge-harde) verbinding in een voorverwarmde oven en het weg-zetten van een heet product op een koude ondergrond.

Reinigen

Het is algemeen bekend dat het verven of lijmen op veront-reinigde oppervlakken zal leiden tot loslaten van de verf oflijm. Het complete reinigingsproces dat gericht is op het ver-wijderen van zowel de organische als de anorganische ver-vuiling van het lijmoppervlak bestaat uit twee reinigings-stappen. Eerst de voor- of bulkreiniging, met water en zeep,waarbij het grootste gedeelte van de (an)organische vervui-ling wordt verwijderd. Aansluitend de hoofdreiniging, metgasplasma of UV/ozon, waarbij het restant aan vervuiling,slechts enkele atoomlagen dik, wordt weggenomen.

UV/ozon-reinigingDe methode werkt op basis van de reinigende werking vanUV-licht tezamen met ozongas. Van bijzonder belang is decombinatie van twee golflengten uit het spectrum van deUV-lamp: 184,9 nm (verantwoordelijk voor de ozonproduc-tie) en 253,7 nm. De hoge oxidatie-reactiviteit van ozontezamen met de destructieve invloed van UV-licht is zeereffectief in het verwijderen van kleine hoeveelheden organi-sche vervuiling als huidvetten, snijoliën, siliconenolie(vacuümpomp) en restanten van oplosmiddelen zoals ace-ton, ethanol en methanol. De hoogste reinigingssnelheidwordt bereikt wanneer het substraat zo dicht mogelijk bij deUV-bron wordt gebracht en bij een lage ozonconcentratie.Praktisch gezien houdt dit in dat UV-reiniging vooralgeschikt is voor vlakke onderdelen.

Gasplasma-reinigingHet gasplasma is een toestand waarbij een gas, in eenvacuüm van ongeveer 6,5 Pa, wordt aangeslagen door eenelektrisch hoogspanningsveld. Als gevolg hiervan komt hetgas in geleiding, waarbij geïoniseerde atomen op het sub-straatoppervlak slaan.

Meten van de reinheidHet meten van de randhoek (bijvoorbeeld met water op hetoppervlak) geeft een goede indicatie van de organische ver-vuiling (zoals vetten) aan het lijmoppervlak; zie Figuur 3.Hoe meer oppervlaktevervuiling, des te groter de randhoek.Deze methode kan in de praktijk worden gebruikt om sneleen indicatie te krijgen van de oppervlaktereinheid; zieFiguur 4.

Figuur 3: De randhoek α van een vloeistof op een substraat.

N r . 4 2 0 0 5 12

PRECISIEPORTAAL: LIJMEN

Figuur 2.Vier belastingsvormen, waarvan afschuiving de hoogstebelastbaarheid heeft.

Figuur 4: Randhoekmeting van een vloeistof op een gepolijsteRVS-plaat, standaarddeviatie ~10%.

Figuur 5: Vergelijking van drie reinigingsmethoden en hun invloedop de verbindingssterkte.

UV/ozon geeft in de uitgevoerde experimenten een winst ininitiële hechtsterkte van zo’n twintig procent ten opzichtevan zeepreiniging; zie Figuur 5. Op langere termijn wordtdeze winst steeds groter. Voordelen van UV/ozon zijn:• milieuvriendelijk;• de vervuiling wordt geoxideerd en verdwijnt gasvormig

als CO2, H2O, NO2;• werkt bij kamertemperatuur;• droge reinigingsvorm;• zowel op metalen als op kunststoffen toepasbaar.

De randhoekmetingen geven uitsluitend een indicatie overde na reiniging op het substraat nog aanwezige restvervui-ling. Om deze meer kwantitatief te bepalen en te onderzoe-ken welke reinigingsmethode welke vervuiling aanpakt zijnaanvullende metingen nodig. Een methode hiervoor is dezogenaamde XPS-analyse (X-ray photon spectroscopy),waarbij het intensiteitsverschil wordt gemeten van de nogaanwezige elementen.

Algemene conclusies betreffende reinigenHet goed reinigen van materialen moet als essentieel wor-den gezien voor het verkrijgen van een duurzame lijmver-binding. De relatie tussen een gemeten randhoek en de (ini-tiële) hechtsterkte blijkt voor de onderzochte verbindingenslechts gedeeltelijk op te gaan. De experimentele resultatenlaten zien dat de oppervlaktereinheid van de substratenvooral de aanvangswaarde van de hechtsterkte bepaalt. Dezeer hoge reinheidsgraad die met gasplasma-reinigingbehaald kan worden, blijkt op langere termijn geen beterehechting op te leveren dan UV/ozon-reiniging. Vooral ompraktische redenen is UV/ozon-reiniging de meest aanbeve-lenswaardige methode, zowel voor laboratorium- als indus-trieel gebruik.

Optimalisatie en testresultaten

De invloed van de dimensies op de sterkte van de verbin-ding is experimenteel onderzocht, ondersteund met eindige-elementenanalyses. De volgende resultaten zijn gevonden.

GeometrieUit berekeningen blijkt een hoge piekspanning te ontstaanaan het ‘open’ uiteinde van de lijmlaag, waar de dop over-gaat in de staf; zie Figuur 6. Het ontstaan van deze piek

N r . 4 2 0 0 513

Figuur 6:a) Een niet-elegantelijmpassing metgrote lijmspannings-concentraties; b) enc) verbeterde lijm-passing; d) geredu-ceerde lijmspanningaan beide randen.

wordt grotendeels toegeschreven aan het grote verschil instijfheid van de staf vergeleken met de stijfheid van de dop,waardoor grote verschillen ontstaan in de elastische rek. Delijmlaag moet dit verschil in rek kunnen overbruggen, wateen spanningspiek tot gevolg heeft. De stijfheden kunnenvolgens Hooke worden gerelateerd aan de oppervlakte vanhun doorsnede. Deze veronderstelling is met berekeningenen proeven geverifieerd; zie Figuur 7.

Overlaplengte en diameterDe invloed van de overlaplengte h en de stafdiameter D isgetoond in Figuur 8 en is het resultaat van 207 proeven. Deoverlaplengte vertoont een duidelijk niet-lineaire relatie metde verbindingssterkte.

Figuur 8: De hechtsterkte bij een variërende overlaplengte en dia-meter.

LijmlaagdikteDe dikte van de lijmlaag wordt als belangrijke ontwerppa-rameter beschouwd. Experimenten bevestigen dat en latenzien dat een dikke lijmlaag bij de beschouwde verbindingenin het algemeen resulteert in een afname van de verbin-

dingssterkte. De eindige-elementenanalyse toont aan dateen dikke lijmlaag de spanningspieken doet toenemen metbijna dertig procent in vergelijking met eenzelfde verbin-ding met een veel dunnere lijmlaag, zie Figuur 9. Dit is hetgevolg van een sterkere buiging van de dikke lijmnaad aande uiteinden.De experimentele gegevens van Figuur 10 doen vermoedendat bij een nog kleinere lijmspleetdikte de sterkte van deverbinding zal toenemen, echter tevens de fabricagekosten.

Figuur 9: De Von Mises-lijmspanning aan de open zijde als functievan de overlaplengte en diameter.

Figuur 10: Invloed van de lijmlaagdikte op de hechtingssterkte (d = 2,0 mm; h = 1,5 mm).

N r . 4 2 0 0 5 14

PRECISIEPORTAAL: LIJMEN

Figuur 7: Schets van de onderzochteproefstukken, met rechts een vergroteweergave van de elastische vervorming tij-dens axiale belasting.

LuchtinsluitselsLuchtinsluitsels kunnen worden ingebracht bij het mengenof inbrengen van de lijm. Een luchtbel is een mogelijkewaterbuffer in een vochtige omgeving, hetgeen de duur-zaamheid van de verbinding verlaagt. Daarbij veroorzaaktde luchtbel een spanningsconcentratie en vermindert daar-mee de hechtsterkte. Figuur 7 toont een lijmkanaal welkeverbonden is met de buitenlucht. Op deze manier kan deingesloten lucht en de overtollige lijm naar buiten wordengedrukt tijdens het inbrengen van het product.

Tot slotOndanks het op de markt verschijnen van computerpro-gramma’s, waarbij soms zelfs ‘uitgeklede’ eindige-elemen-tenpakketten worden geleverd, blijft het ontwerp van echtgoede lijmverbindingen een zaak van experimenteren enervaring opbouwen. Nauwkeurig beheersen van de conditieswaaronder het verlijmen plaatsvindt, is van essentieelbelang voor de kwaliteit en de reproduceerbaarheid.Bezoek voor meer informatie over dit onderwerp eens hetPrecisiePortaal. Zo vindt u op het onderwerp ‘lijmen’ bij-voorbeeld informatie over de vormgeving van de lijmver-binding in het artikel “Constructies voor het nauwkeurigbewegen en positioneren” (deel 11 van de reeks), waarbijhet artikel “Berekenen van lijmverbindingen” het verhaalnogmaals ondersteunt met getallen.Tenslotte wil ik u er op wijzen dat het PrecisiePortaal eeninteractieve site is waarop u informatie kunt vinden maaróók plaatsen. Op het PrecisiePortaal weten bedrijven entechnici elkaar te vinden!

Auteursnoot Ten tijde van het schrijven van hun artikel (1993-1994)waren de drie auteurs verbonden aan de TU Delft: J.A.Poulis en J.C. Cool bij de Faculteit Werktuigbouwkunde enMaritieme Techniek, en E.H.P. Logtenberg bij hetHechtingsinstituut. Anno 2005 is J.A. Poulis in Delft werk-zaam in het Hechtingsinstituut voor de faculteit Luchtvaart-en Ruimtevaarttechniek en E.H.P. Logtenberg in de faculteitTechnische Natuurwetenschappen. J.C. Cool is nu emeritushoogleraar.

N r . 4 2 0 0 515

www.precisieportaal.nlwww.hi.tudelft.nl

Informatie

N r . 4 2 0 0 517

MIKROCENTRUM

Opleidingen voor de precisietechnologie

Constructieprincipes voor de precisie-technologieIn de precisietechnologie is een trend naar kleiner, sneller ennauwkeuriger construeren waarneembaar. Systemen bevattenonvermijdelijk elektronische actuatoren, opnemers, regel-units en software. Van de mechanisch ontwerper wordt eenessentiële bijdrage verwacht om de andere disciplines teondersteunen in het bereiken van de steeds zwaardere sys-teemspecificaties. Vakkennis van constructieprincipes isdaarbij onmisbaar. Een goed mechanisch ontwerp is de basisvoor een nauwkeurig en snel product. Deze cursus is bestemd voor ontwerpers van producten enproductiemiddelen waarin precisie een belangrijke rolspeelt. Men verkrijgt gedurende deze cursus een conceptueelinzicht in werkwijzen om precisiemechanismen te ontwer-pen. Geleerd wordt om probleemgebieden beter te zien,alternatieven te identificeren en keuzes te maken.3 dagen, 1x per week, startdata: 27 oktober te Eindhoven,15 november te Utrecht.

Micro Systeem Technologie (MST)Microsystemen zullen ons leven en welzijn de komendejaren steeds meer beïnvloeden; ze kunnen er voor zorgen datverschillende technologieën worden geïntegreerd tot kleineautonome systemen en netwerken met verschillende functieszoals sensing, verwerking van data en draadloze communi-catie.

De introductiecursus Micro Systeem Technologie geeft eenoverzicht van de basistechnologie die gebruikt wordt ommicrosystemen gebaseerd op silicium te realiseren. In decursus wordt de werking en de opbouw van een aantal spe-cifieke MST-producten behandeld. Deze cursus is bestemdvoor ingenieurs die in hun praktijk toepassing van microsys-teemtechnologie aan zien komen.2 dagen, 1x per week, startdata: 29 november teEindhoven, 6 december te Utrecht.

Piëzo Training CourseDe mogelijkheden met piëzo-electrisch materiaal wordenvooral bepaald door de combinatie van een aantal interessan-te eigenschappen: snelle responsie, grote krachten, compactebouw, afwezigheid van elektromagnetische velden en grotegevoeligheid (als sensor). Doordat andere aandrijf- en meet-principes één of meerdere van deze eigenschappen missen,biedt piëzotechnologie een aantal bijzondere mogelijkheden.Door deze uit te buiten en toe te passen in product- en machi-neontwerp, ontstaan producten en machines met een betereperformance. Onder andere in de high-end semiconductorin-dustrie heeft piëzotechnologie geleid tot apparaten en machi-nes met hoognauwkeurige bewegingssystemen in vacuüm enmet actieve systemen ten behoeve van trillingsdemping.Maar ook in de wereld van printers, meetsensoren, de auto-mobielindustrie, consumentenelektronica en lucht- en ruim-tevaart heeft piëzotechnologie haar weg gevonden!De cursus geeft een beter inzicht in de technologie en hetontwikkeltraject met de piëzotechnologie. Daarnaast wordtingegaan op de verschillende mogelijkheden en onmogelijk-heden op technisch en economisch gebied. 2 achtereenvolgende dagen, startdatum: 28 november teEindhoven.

Frank Bruls of Marcel Weijs, tel. 040 - 296 99 33www.mikrocentrum.nl

Informatie

Mikrocentrum manifesteert zich de laatste jaren steeds nadrukkelijker op het gebied van de

precisietechnologie, met de Precisiebeurs, themadagen én op het gebied van opleidingen.

Het afgelopen jaar is de cursus ‘Constructieprincipes voor de precisietechnologie’ ontwikkeld

en een succes gebleken.Voor komend najaar staan twee nieuwe cursussen op het programma,

te weten ‘Micro Systeem Technologie’ en de ‘Piëzo Training Course’.

I geringste verstoring kan er al toe leiden dat de specificatiesniet worden gehaald.

Trillingen vormen een belangrijke bron van ellende in eenwafer scanner. Met de almaar toenemende nauwkeurig-heidseisen zullen vooral trillingen van de lens, het gevoelig-ste onderdeel van de machine, op termijn voor problemengaan zorgen. Aan de Universiteit Twente is daarom, in hetkader van het ‘Smart Disc’-project, geprobeerd om dezetrillingen actief te dempen. Om dit mogelijk te maken, zijnpiëzo-elektrische actuatoren en sensoren ingebouwd in delensophanging van een speciaal daartoe aangepast framevan een wafer scanner [2].

ConstructieprincipesBij het opnemen van piëzo-elektrisch materiaal in het framevan een nauwkeurig apparaat als een wafer scanner moetrekening worden gehouden met de constructieprincipes dieaan het ontwerp van het frame ten grondslag liggen. In deoorspronkelijke lensophanging van de wafer scanner (sche-

N r . 4 2 0 0 5 18

IOP PRECISIETECHNOLOGIE

Actieve demping ... haaks Optimale stijfheid ...

Hoewel piëzo-elektrisch materiaal op zich welbekend en goed begrepen is, is het

vooral de kunst om er op een goede manier gebruik van te maken. Een aardig voor-

beeld is het ‘Smart Disc’-concept, waarin piëzo’s worden gebruikt om trillingen in

precisie-apparatuur actief te dempen. Het regeltechnische principe achter actieve

demping is op zich niet ingewikkeld. De uitdaging ligt er in om de regeltechniek een

plaats te geven tussen de gevestigde constructieprincipes voor het ontwerpen van

nauwkeurige mechanismen.

• Jan Holterman • Theo J.A. de Vries •

In een eerdere Mikroniek-bijdrage [1] hebben we geschetsthoe trillingen in een wafer scanner gedempt kunnen wordenmet behulp van piëzo’s in de lensophanging. Een van denadelen ten opzichte van de originele, passieve lensophan-ging bleek de afgenomen stijfheid: het principe van actievedemping staat daarmee haaks op het constructieprincipe ommachineframes zo stijf mogelijk te maken. In dit artikelgaan we nader in op dit ontwerpprobleem, opnieuw aan dehand van de lensophanging van een wafer scanner. Debelangrijkste les die we hieruit zullen leren is dat we nietalleen moeten zorgen voor voldoende stijfheid in de actieverichting van het piëzo-materiaal, maar vooral ook in de niet-actieve richtingen. Speciale aandacht derhalve voor stijfheidhaaks op de richting van actieve demping.

Voor een wafer scanner gelden, net als voor tal van andereapparaten die worden ingezet bij de productie van IC’s,extreme nauwkeurigheidseisen. Positioneringsfoutenmogen typisch niet groter zijn dan een tiende micrometer,en veelal worden ze uitgedrukt in nanometers. De minste of

matisch weergegeven in Figuur 1) herkennen we de volgen-de constructieprincipes:• Trillingsisolatie – De machine is opgesteld op drie tril-

lingsisolatoren of airmounts. De basis voor de trillingsar-me ‘schone wereld’ is de zogeheten main plate.

• Statisch bepaald – De lens is bevestigd aan de main platemiddels een flens, ondersteund door drie stalen blokken.Deze zogeheten lens supports zijn symmetrisch opgesteldrond de lens. Om de zes vrijheidsgraden van de lens exactéén keer voor te schrijven moet elk van de drie lens sup-ports lokaal twee coördinaten voorschrijven: verticaal entangentieel. De overige vier lokale coördinaten moetenworden vrijgelaten. De lens supports zijn daartoe uitge-voerd met scharnieren.

• Vrij van speling en hysterese – Om speling en hysterese,notoire bronnen van onnauwkeurigheid, te vermijden, isgebruik gemaakt van elastische scharnieren.

• Een gevolg van het spelingsvrij en hysteresevrij ontwer-pen is dat in het systeem nauwelijks wrijving optreedt, endaarmee dat trillingen van de lens of de main plate nau-welijks gedempt worden. De relatieve demping van debelangrijkste trillingsmodes bedraagt minder dan 0,5%.

• Optimale stijfheid – Een conventionele lens support is uit-gerust met twee horizontale elastische scharnieren over devolle lengte van de support. Hiermee worden per ophang-

punt niet vier, maar slechts twee coördinaten vrijgelaten(zie Figuur 2). Deze keuze is het resultaat van de afwegingtussen de constructieprincipes om de lens enerzijds zostijf mogelijk en anderzijds netjes statisch bepaald op tehangen. Het vrijlaten van meer dan twee lokale coördina-ten zou leiden tot te veel stijfheidsverlies. Een gevolg vandit besluit is dat de twee eindvlakken van de lens support,en ook de daarmee corresponderende aanlegvlakken in demachine, voldoende evenwijdig moeten worden aangebo-den.

N r . 4 2 0 0 519

op optimale stijfheid?haaks op actieve demping!

Wafer scanners worden ingezet bij deproductie van IC’s (integrated circuits).Ze brengen volgens een lithografischprocédé een patroon van elektronischeschakelingen aan op een siliciumschijf,de zogeheten wafer (zie Figuur A).

Het masker met het gewenste patroonwordt op de juiste plek gebracht doorde ‘reticle stage’, die zich boven in demachine bevindt. De wafer wordtgepositioneerd met behulp van de‘wafer stage’, onderin de machine.Tussen beide stages bevinden zich ver-

scheidene opeengestapelde lenzen,samen gemakshalve aangeduid als lens.Via deze lens wordt het gewenstepatroon op het silicium geprojecteerd.Het niet-belichte materiaal op de waferwordt na de belichting weggeëtst, zodatuiteindelijk een circuit met de gewens-te vorm overblijft. Hierbij is het dekunst om de patronen van het circuitzo klein mogelijk te maken. Hoe fijnerde lijnen, hoe meer schakelingen peroppervlak, hoe kleiner en hoe snellerhet IC.Figuur A. Eenvoudige voorstelling van het litho-

grafisch proces in een wafer scanner.

Wafer scanner

Figuur 1. Schematische weergave van de lensophanging in eenwafer scanner.

LenstrillingenBij het opnemen van piëzo-elektrisch materiaal ten behoevevan het actief dempen van trillingen is het bovendien vangroot belang te weten welke trillingsmodes tot de meesteproblemen leiden. Wanneer we gemakshalve aannemen datde lens, de flens en de main plate intern niet vervormen, dankan het systeem in Figuur 1 worden gekarakteriseerd doorzes trillingsmodes van de lens ten opzichte van de mainplate:• De twee trillingsmodes met de laagste eigenfrequenties

(circa 100 Hz) worden de ‘joystick modes’ genoemd(Figuur 3a). Bij deze modes is er sprake van kanteling vande lens om een as in het vlak van ophanging (x-y-vlak inFiguur 1). Hierbij wordt een beroep gedaan op de vertica-le stijfheid van de lens supports.

• Twee andere trillingsmodes zijn de zogenaamde ‘pendu-lum modes’ (Figuur 3b). Hierbij beweegt de lens min ofmeer horizontaal in het vlak van ophanging. In dezemodes wordt vooral een beroep gedaan op de horizontale

stijfheid, dat wil zeggen de afschuifstijfheid van de lenssupports.

• In de twee overige trillingsmodes van de lens ten opzich-te van de main plate (niet geschetst in Figuur 3) is errespectievelijk sprake van relatieve verticale verplaatsingen van relatieve rotatie om de verticale as.

In de wafer scanner leiden vooral de joystick modes, en iniets mindere mate de pendulum modes, tot de hoogste tril-lingsniveaus. In de loop van het ‘Smart Disc’-project zijndaarom twee prototype actieve lens supports ontworpen.Het eerste prototype, de zogenaamde Smart Lens Support(SLS), was gericht op demping van de joystick modes. Hettweede prototype, de zogenaamde Piezo Active Lens Mount(PALM), was gericht op demping van zowel de joystick alsde pendulum modes.

Smart Lens SupportDe Smart Lens Support (SLS) is ontwikkeld om de joystickmodes in de wafer scanner actief te dempen. Hiertoe is deSLS voorzien van Smart Disc-functionaliteit in verticalerichting, dat wil zeggen [2]:• een piëzo-elektrische actuator die vervormt in verticale

richting;• een piëzo-elektrische sensor die de kracht meet in verti-

cale richting.

Het mechanisch ontwerp van de Smart Lens Support is ineerste instantie gebaseerd op de conventionele lens support.Hiervan zijn de twee horizontale elastische scharnierengekopieerd, evenals de aanlegvlakken en de draadgaten voorde bouten aan de boven- en de onderkant. Bovendien heeftde SLS dezelfde afmetingen als een conventionele lens sup-port.

N r . 4 2 0 0 5 20

IOP PRECISIETECHNOLOGIE

Figuur 2. Schematische weergavevan conventionele lens support;l × b × h = 100 × 20 × 60 [mm3].

Figuur 3. Schematische weergave van dominante trillingsmodesvan de lens ten opzichte van de main plate.

Met de SLS bleek het goed mogelijk om de joystick modes(en de verticale trillingsmode) actief te dempen. Met de SLSkan de relatieve demping van deze modes actief wordenopgeschroefd tot maar liefst 16%. Trillingen van de lenskunnen hiermee gereduceerd worden tot minder dan 25%van het oorspronkelijke niveau.De pendulum modes worden met de SLS daarentegen nau-welijks gedempt, simpelweg omdat de actuator-sensorstacksenkel actief zijn in verticale richting.

Piezo Active Lens MountOm naast de joystick modes ook de pendulum modes tekunnen dempen is een tweede prototype lens support ont-wikkeld die ook actief is in horizontale (of tangentiële) rich-ting: de PALM [3] (zie Figuur 5). De meest in het oog sprin-gende wijzigingen in het ontwerp van de PALM ten opzich-te van de SLS zijn de volgende:• In de PALM zijn de actuator-sensorstacks 45º gekanteld.

Door de actuator-sensorstacks onafhankelijk van elkaaraan te sturen en uit te lezen worden per PALM twee actie-ve graden van vrijheid gecreëerd.– Wanneer de actuatoren in fase worden aangestuurd,

resulteert een verticale beweging. De som van de sen-sorsignalen is maat voor de verticale kracht op dePALM.

– Wanneer de actuatoren in tegenfase worden aange-stuurd, resulteert dit in horizontale beweging van hetbovenste deel van de PALM ten opzichte van het onder-ste deel. Het verschil tussen de sensorsignalen is eenmaat voor de horizontale kracht op de PALM.

Als gevolg van het kantelen van de piëzo’s over 45º (inplaats van over een andere hoek), heeft de PALM in hori-zontale en in verticale richting een even groot actuatiebe-reik, en leveren de piëzo’s in horizontale en in verticalerichting een gelijke bijdrage aan de PALM-stijfheid.

• Om het piëzomateriaal te behoeden voor eventuele

N r . 4 2 0 0 521

De SLS is opgebouwd uit (zie Figuur 4; zie ook [1]):• een scharnierblok, waarvan de boven- en onderkant ver-

bonden zijn met zogeheten harmonicaveren, die zorgenvoor een elastische graad van vrijheid in (onder meer)verticale richting;

• twee actuator-sensorstacks, elk bestaande uit een piëzo-elektrische actuator en sensor; zowel de beide actuatorenals de beide sensoren zijn parallel geschakeld, dat wil zeg-gen ze functioneren effectief als één actuator-sensorpaar;

• een voorspanbout, met twee bijbehorende moeren, omervoor te zorgen dat de piëzo’s te allen tijde op druk enniet op trek belast worden. De stijfheid van de voorspan-bout bedraagt minder dan 5% van de stijfheid van de actu-ator-sensorstacks. Als gevolg van deze lage voorspanstijf-heid is de invloed op de slag van de actuator minimaal.Bovendien blijft hiermee de voorspankracht over het helewerkgebied voldoende constant.

Regeltechniek: ‘collocation’De gebruikte regelstrategie om met de SLS en de PALMactief te dempen, is gebaseerd op het feit dat de actuator ende sensor zich op dezelfde plek in het frame bevinden. Ditmaakt het mogelijk ‘collocated control’ toe te passen, waar-mee actief (dat wil zeggen met behulp van actuatoren, sen-soren en versterkers) het gedrag van een passief element (bij-voorbeeld een demper) kan worden gerealiseerd.Het sensorsignaal vormt, samen met (de tijdsafgeleide van)het stuursignaal voor de actuator, een zogenaamd vermogens-geconjugeerd variabelenpaar: het product van de gemetenkracht en de gestuurde snelheid is gelijk aan het vermogendat van het mechanische systeem naar het regelsysteemvloeit. Door er nu voor te zorgen dat dit product te allentijde positief is, kan men er zeker van zijn dat het regelsys-teem energie aan het mechanisch systeem onttrekt.Deze situatie kan eenvoudig gerealiseerd worden door in deregellus een eerste-orde laagdoorlaatfilter op te nemen.Wanneer dit filter een voldoende lage afsnijfrequentie heeft,gedraagt de regelaar zich rond de resonantiefrequenties alseen integrator. De actief geregelde actuator-sensorstack ver-toont dan hetzelfde gedrag als een visceuze demper.Voor de regelaar hoeft, naast de afsnijfrequentie, slechts éénparameter ingesteld te worden, een zekere versterkingsfactor.Omdat hiervoor geen gedetailleerde modelkennis nodig is,anders dan de wetenschap dat de actuator en de sensor zichop dezelfde plek in het frame bevinden, is deze regelstrategiezeer robuust en ‘gegarandeerd’ stabiel.

Figuur 4. Smart Lens Support.

afschuifbelastingen zijn in het scharnierblok rondom deactuator-sensorstacks extra gatscharnieren aangebracht.Deze zijn zo gedimensioneerd dat de trekstijfheid vol-doende hoog is in verhouding tot de andere ‘slappe’onderdelen van de PALM, te weten de oorspronkelijkeelastische scharnieren en de actuator-sensorstacks.

• In de SLS werd de mechanische voorspanning voor depiëzo’s geleverd door een voorspanbout, die nogal onhan-dig in gebruik is gebleken. Het bepalen van de juiste aan-draaihoek, en daarmee het reproduceerbaar instellen vande voorspankracht in de SLS, bleek nagenoeg onmogelijk.Om die reden is besloten in het PALM-ontwerp de voor-spanbout weg te laten, en de harmonicaveren zo te dimen-sioneren dat deze voldoende mechanische voorspanningkunnen leveren. Dit is mogelijk gemaakt door enerzijdsgebruik te maken van een ander type staal, met een hoge-re vloeigrens, en anderzijds de maximale oprekking vanhet scharnierblok (nodig om tijdens assemblage van dePALM ruimte te creëren voor het plaatsen van de piëzo’s)tot een minimum te beperken.

• De piëzo’s in de PALM zijn, net als in de SLS, vastge-lijmd. Om na assemblage de juiste hoogte van de PALMte kunnen garanderen is gebruik gemaakt van een speciaalhiervoor ontworpen lijmmal. Omdat voor het aanbrengenvan de lijm in de PALM nauwelijks enige ruimte was, alsgevolg van het toestaan van een minimum aan rek van hetscharnierblok, is er voor gekozen de lijm aan te brengenvia speciale kanaaltjes in het scharnierblok (zie Figuur 6).

• Met het oog op eventueel gebruik in een ander machine-type is de hoogte van de PALM gewijzigd van 60 in 85[mm]. Dit komt de stijfheid van de lensophanging, zowelin verticale als in tangentiële richting, niet ten goede.

Evenals met de SLS bleek het ook met de PALM goedmogelijk om actieve demping te realiseren, zij het nu vooralle zes de trillingsmodes van de lens ten opzichte van de

main plate – inclusiefde pendulum modes.De relatieve dempingvoor de diversemodes kan zelfs wor-den opgeschroefd totmeer dan 20%.

Figuur 5. Piezo ActiveLens Mount (foto: Jobvan Amerongen).

Figuur 6. Detail van de PALM: lijmkanaaltjes. (De uitsparing aan deachterzijde – ‘soldering notch’ – is aangebracht om soldeerrepa-raties aan de elektrodes van het piëzomateriaal mogelijk temaken.)

StijfheidsverliesHoewel zowel de SLS als de PALM uitstekend geschikt zijngebleken om trillingen van de lens te dempen, kleven er aanbeide ontwerpen toch de nodige nadelen. Het voornaamsteprobleem bij zowel de SLS als de PALM is zonder twijfel deafgenomen stijfheid van de lensophanging, en daarmee deafgenomen eigenfrequenties. In Tabel 1 zijn de eigenfre-quenties van de joystick en de pendulum modes voor de ver-schillende lens supports verzameld. Hieruit is gereconstru-eerd hoe de effectieve verticale en horizontale stijfheden vande SLS en de PALM zich verhouden tot de stijfheden van deconventionele lens support (genormaliseerd op 100%).

Vanzelfsprekend was voor beide actieve lens supports enigstijfheidsverlies wel ingecalculeerd, simpelweg vanwege hetfeit dat ‘een plak staal’ met een oppervlak van 20 × 100[mm2] is vervangen door twee stapeltjes piëzo-materiaalmet een oppervlak van 10 × 10 [mm2]. Zo bezien valt destijfheidsafname bij de SLS in de actieve, verticale richtingnog mee: van 100% naar 76%.

Zorgwekkender is dat juist in de niet-actieve, horizontalerichting van de SLS de stijfheidsafname zoveel groter is:van 100% naar 45%! De les die we hieruit kunnen leren, isdat we – terwijl we bij het ontwerp van de actuator-sensor-stacks voor de SLS de aandacht met name hadden gericht opde stijfheid in actieve richting – juist zuiniger om haddenmoeten springen met de stijfheid van de lens support in deniet-actieve richting.

Voor de PALM geldt eenzelfde verhaal. Hier is bij het ont-werp van de extra gatscharnieren rond de actuator-sensor-stacks vooral gezorgd voor voldoende trekstijfheid. Met hetkantelen van de stacks heeft dit ertoe geleid dat het extrastijfheidsverlies in horizontale richting binnen de perken isgebleven: van 45% naar 40%.

N r . 4 2 0 0 5 22

IOP PRECISIETECHNOLOGIE

Bij de PALM is juist de afname van de verticale stijfheid hetmeest zorgwekkend: van 76% naar 37%. Deze extra afnamevan de stijfheid (een halvering!) is te verklaren uit het feitdat, waar in de SLS alle normaalstijfheid van de piëzo’sbeschikbaar was voor de verticale richting, daar in de PALMslechts de helft van over is. De andere helft van de nor-maalstijfheid van de piëzo’s wordt nu immers aangewend inhorizontale richting.

Dat dit laatste niet heeft geleid tot een toename van de tota-le stijfheid in horizontale richting, is te verklaren uit het feitdat de horizontale stijfheid in de SLS wordt gevormd doorde afschuifstijfheid van de piëzo’s. Als gevolg van de extragatscharnieren, bedoeld om de piëzo’s op afschuiving teontlasten, speelt in de PALM deze afschuifstijfheid –logisch – geen rol meer. Ten tweede male kunnen we dusconcluderen dat we zuiniger om hadden moeten springenmet de stijfheid, vooral in de niet-actieve richting van depiëzo’s.

Als gevolg van het drastische stijfheidsverlies heeft dePALM ten opzichte van de SLS, in termen van de trillings-niveau’s op de lens, ondanks de toegenomen dempingsmo-gelijkheden nauwelijks tot enige verbetering geleid.

ConclusieDe SLS en de PALM zijn voorbeelden van het met behulpvan piëzo-elektrisch materiaal realiseren van actieve dem-ping in frames voor nauwkeurige apparatuur. Mits verstan-dig toegepast kan actieve demping op basis van het ‘SmartDisc’-concept de nauwkeurigheid van precisie-apparatuuraanzienlijk verbeteren. In experimenten met een wafer scan-ner zijn lens-trillingen gereduceerd tot minder dan 25% vanhet oorspronkelijke niveau.

Een nadeel van het opnemen van piëzo-elektrisch materiaalin een machineframe is het onvermijdelijke verlies van stijf-heid. Actieve demping staat hiermee haaks op het construc-

tieprincipe om machineframes zo stijf mogelijk te maken.Bij het ontwerpen van piëzo-mechanismen is het dan ookzaak om het stijfheidsverlies tot een minimum te beperken.Uit de stijfheidsanalyse van de actieve lens supports in dewafer scanner is gebleken dat hierbij vooral de stijfheid inde niet-actieve richting van het piëzo-materiaal specialeaandacht verdient.

Literatuur[1] Holterman, J. en T.J.A. de Vries, (2002), “Actieve dem-

ping. Een nieuw constructieprincipe?”, Mikroniek nr. 5. [2] Holterman, J., (2002), “Vibration Control of High-pre-

cision Machines with Active Structural Elements”,proefschrift, Universiteit Twente, Enschede.

[3] Van den Elzen, S.A., (2001), “Design of a Smart LensSupport with Two Active Degrees of Freedom”, af-studeerverslag, Universiteit Twente, Enschede.

AuteursnootHet ‘Smart Disc’-project (1998-2004) is uitgevoerd binnende vakgroep Regeltechniek aan de Universiteit Twente en ismede mogelijk gemaakt dankzij financiële ondersteuningdoor het ministerie van Economische Zaken in het kadervan het Innovatiegerichte Onderzoeksprogramma (IOP)Precisietechnologie, onder de noemer ‘Intelligente struc-tuurelementen (Smart Disc)’.De PALM-experimenten zijn mede mogelijk gemaakt doorFrank Auer en Stefan van den Elzen. Dank daarvoor.

N r . 4 2 0 0 523

www.senternovem.nl/iopprecisietechnologiej.holterman@imotec.nl

Informatie

Tabel 1.Vergelijking dominante trillingsmodes voor verschillende types lens supports.

type joystick modes pendulum modeslens support frequentie verticale (actieve) frequentie horizontale (actieve)

[Hz] stijfheid demping [Hz] stijfheid dempingpassief 107 100% < 0,5% 270 100% < 0,5%SLS 94 76% ≈ 16% 181 45% ≈ 1,5%PALM 65 37% > 20% 170 40% > 20%

Anorad Europe, onderdeel van RockwellAutomation, introduceert het zogenaam-de ‘split-axes’ systeem voor het testenvan inktjetprintkoppen. Het idee achterhet ontwerp is dat de prestaties van hettestsysteem een orde van grootte beterzijn dan die van de printkop, zodat even-tuele afwijkingen en onvolkomenhedenin de printkop kunnen worden ontdekt.De printkop wordt aan de bovenste asgemonteerd en het testsubstraat op de

onderste as. De bovenste as voert eenscannende beweging van de ene naar deandere kant uit terwijl er ondertussen ophet substraat wordt geprint. Tijdens hetomkeren van de printbeweging maakt deonderste as een stapje. Daarna wordt devolgende printbeweging uitgevoerd. Nahet bestuderen van het printresultaat kande printkop worden goedgekeurd, even-tueel beter worden afgesteld dan welworden afgekeurd.

De scannende beweging wordt met eensnelheid van 0,5 mm/s ± 1% uitgevoerd.Tijdens de gehele beweging wordt voorde bovenste as een nauwkeurigheid van3,5 µm en voor de onderste as 5 µmgehaald. Dit is gemeten ter hoogte vande printkop. De rechtheid en vlakheidvan beweging van beide assen bedraagt± 1 µm/25 mm.

www.anorad.com

N r . 4 2 0 0 5 24

PERSBERICHTEN

Nauwkeurig testen van printkoppen

Laser 2000 Benelux, onderdeel van deEuropese Laser 2000-groep, is eensamenwerking aangegaan met machi-nebouwer 3D Micromac. Deze strate-gische beslissing is voortgekomen uitde behoefte om naast laserbronnen enoptische accessoires complete syste-men te kunnen leveren. Een eind-gebruiker van een lasersysteem wilgraag bij één leverancier terecht,

zodat hij zich niet meer hoeft tebekommeren om de eindverantwoor-ding voor de samenbouw van ver-schillende typen lasers en optomecha-nische onderdelen.3D Micromac onderscheidt zich voor-al op het gebied van lasermicrobewer-kingen. Hierbij moet men denken aanlasersintering, -snijden, -markeren, -structuring, -boren, etcetera; dit alles

binnen het microbereik. Laser 2000Benelux is gespecialiseerd in de dis-tributie van lasers, op laser gebaseer-de systemen, optische test- en meet-apparatuur, optische componenten enfiber optics voor industriële en weten-schappelijke toepassingen.

www.laser2000.nlwww.3d-micromac.com

Op donderdag 27 oktober organiseertde Vereniging Contamination ControlNederland (VCCN) de 5e NationaleCleanroomDag, in congrescentrumSpant! in Bussum. Tijdens deze dagkunnen nieuwe vakgenoten deelnemenaan een lezingenprogramma, om eengoede basiskennis op te doen overwerking en gebruik van de cleanroom.

Ook kunnen zij via de informatie-markt op informele wijze kennismaken met (medewerkers van) bedrij-ven en dienstverleners die werkzaamzijn in de cleanroombranche.Nieuw bij deze 5e NationaleCleanroomDag is dat ook de meerervaren vakgenoten aan hun trekkenkunnen komen door te participeren in

workshops en/of gebruik te maken vande inloopsessies. In de workshopskunnen zij discussiëren met specialis-ten uit het vakgebied. Bij de inloop-sessies kunnen bedrijven die deelne-men aan de informatiemarkt eennieuw product/systeem presenteren.

www.vccn.nl

Samenwerking laserleverancier en machinebouwer

Nationale CleanroomDag

25

Vijfde editie Precisiebeurs

Op 30 november en 1 december 2005 vindt in Veldhoven devijfde editie van de Precisiebeurs plaats. De belangrijkstevakbeurs in de Benelux gespecialiseerd in precisietechnolo-gie is na vier edities een begrip. Onder de 1800 bezoekers in2004 bevonden zich veel engineers, inkopers en managersvan bedrijven als Philips, ASML, OTB en Océ. Naast preci-sietechnologie worden ook nieuwe ontwikkelingen op hetgebied van microsysteemtechnologie en micro-assemblageonder de aandacht gebracht.

Themadagen

Precisiemeten

Nederlands Meet Instituut (NMI), Delft, donderdag 13 oktober 2005Tastend of contactloos? Of wellicht beide? Wat is de betrouw-baarheid van software bij het meten? Wat zijn de voorwaardenvoor doelmatig beheersen van (meet)onzekerheid? Deze enandere thema’s komen aan bod. Daarnaast een rondleiding bijhet NMI: de lange meetgang, primaire standaarden en nano-metrologie, contactloos meten, 3D meetmachine, etcetera.

Microverspanen

Mikrocentrum, Eindhoven, donderdag 10 november 2005Diverse technieken passeren op deze dag de revue: micro-milling, -injectionmoulding, -grinding, -edm, -ecm, -cavingen -welding. Toonaangevende sprekers vertellen over de(on)mogelijkheden en technische haalbaarheid.

Belang van precisietechnologie voor moderne geneeskunde

Academisch Medisch Centrum (AMC), Amsterdam, dinsdag 15 november 2005Ontwikkelingen in de precisietechnologie en MST hebbengrote invloed op de geneeskunde. Twee workshops en eenrondleiding binnen verschillende AMC-afdelingen makenduidelijk waar behoeftes en mogelijkheden liggen.

Meer informatie:www.mikrocentrum.nl, afdeling Themadagen; of tel. 040 - 296 99 11, Karin Mous.

Call Newport B.Vsales office formore informationor check out ourweb site at:www.newport.com

BelgiumNewport B.V.Tel: +32-(0)1 6402927Fax: +32-(0)1 6402227belgium@newport-de.com

NetherlandsNewport B.V.Tel: +31-(0)30 6592111Fax: +31-(0)30 6592120netherlands@newport-de.com

AD-060511-NL

XM Series stages combine ultra-precision motion withthe high dynamics and reliability offered only by complexand costly air-bearing stages. Driven by a linear motor, XMstages represent the ultimate solution for demandingapplications in:

DeliverDelivers air bearing technology performancess air bearing technology performanceswithout the costwithout the cost

• 10 nm sensitivity

• 300 mm/s speed

• Built to order

• Wafer inspection

• Micro-electronics testand assembly

• Ultra-precision pick &place

• Sensor test & calibration

Newport URS family of rotation stages allows fastest rotation overlarge angles with outstanding bidirectional repeatability. When usedwith our XPS or ESP300 controllers, they can deliver smoothestmotion at low speeds.

• Available in 3 sizes

• Unidirectional repeatability: 0.002°

• Max. payload: 300 N

• DC or stepper motorized models available

• Directly compatible with Newport VP, M-ILS & M-IMS series stages

Nieuws van Mikrocentrum

N r . 4 2 0 0 5 26

PERSBERICHTEN

Vooral kleine bedrijven kunnen snelhun bestaan opbouwen met microsys-teem- en nanotechnologie. Grotebedrijven, toepassers, doen er veel lan-ger over om de nieuwe technologie tecommercialiseren. Dit blijkt uit delezingen op de eerste Nationale MicroNano Conferentie, die op 5 oktober2005 plaatsvindt in het WICC inWageningen.

De organiserende instanties (Senter-Novem, STW en de brancheverenigingMinacNed) willen tijdens de conferen-tie laten zien met welke technologiebedrijven nu al geld verdienen in eenaantal toepassingsgebieden. Dit zijn de

voedingsmiddelenindustrie, de medi-sche sector en complexe machine- eninstrumentenbouw. Ondersteund doorhet initiatief ‘PPM fonds’ van federatievan technologiebranches FHI streeftmen er naar om tijdens de conferentie inworkshops nieuwe ontwikkelingspro-jecten te genereren. Ter plekke kunnenconsortia worden gevormd, die eenberoep kunnen doen op het PreProject-Management fonds, voor geld om plan-nen uit te werken. In deze workshopsworden voorstellen gelanceerd voorontwikkelingen als ‘een chemischefabriek in table top formaat’, ‘inlinemeting van micro-organismen in food’en ‘de handheld huisarts’.

Tijdens de conferentie treden sprekersop van grote bedrijven als FrieslandFoods, Unilever, Philips en DSM. Minof meer commercieel opererendeonderzoeksinstituten als NIZO foodresearch, KIT, SRON, TNO en Mesa+presenteren applicatietrajecten. Mid-delgrote en kleine bedrijven die huntechnologie en businesscases voor hetvoetlicht brengen, zijn onder meerAquamarijn, Micronit, Future Dia-gnostics, Encapson, IMS, C2V enMecon Engineering.

Voor meer informatie en inschrijvingals deelnemer zie www.minacned.nl.

De Vision Groep van FME/CWM-branchevereniging GTA (GroepTechnische Automatisering) heeft eenhandzaam boekje uitgegeven overmachine vision. Onder de titel “Vision,een andere manier van kijken” maakthet boekje duidelijk dat machinevision veel meer mogelijkheden biedtdan menigeen denkt. Machine vision iseen snel oprukkende techniek voor hetmet camera’s en speciale software snelen contactloos meten, controleren eninspecteren van producten en halffabri-katen in productieomgevingen. Hetboekje (32 pagina’s A5-formaat) startmet een uitgebreide introductie van hetbegrip ‘zien’. Begrippen als snelheidversus nauwkeurigheid komen uiter-aard aan bod, terwijl de mogelijkhedenen voordelen van machine vision uit-gebreid de revue passeren.

Vision maakt het mogelijk om sneller,efficiënter en kwalitatief hoogwaardi-ger te produceren. Door het uitvoerenvan een aantal (soms redundante) con-troles met behulp van visionsystemen,is het mogelijk om zonder tussenkomstvan de mens foutloze producten televeren. Door het voortschrijden vande technologie daalt de investerings-drempel, met name voor het groeiendeaantal standaardsystemen, waarmeeveelvoorkomende controles op vorm,kleur en eigenschappen zijn uit te voe-ren. Machine vision is dan ook betaal-baarder dan menigeen denkt. In hetGTA-boekje zijn uiteraard de namenen mogelijkheden van alle bij deVision Groep van GTA aangeslotenspecialisten te vinden.

www.gta-nederland.nl

Boekje over machine vision

Eerste Nationale Micro Nano Conferentie

Nyquist Industrial Control in Eindhoven introduceert eengeïntegreerd pakket van softwaretools voor het recent gelan-ceerde NYCe4000 Motion Control Systeem. Een van demeest in het oog springende tools is ‘User-DefinableControl’. Dit biedt gebruikers de mogelijkheid om optimalecontrol loops te ontwikkelen waarmee complexe mechani-sche systemen kunnen worden bestuurd. Met User-Definable Control kunnen complexe control loops snel wor-den ontwikkeld door gebruik te maken van reeds gedefi-nieerde ‘control’-blokken, die gekoppeld worden aan destandaard Nyquist-functionaliteit. De software ondersteuntde ontwikkeling van klant-specifieke (user-defined) algorit-mes. Met User-Definable Control kunnen machinebouwerssneller dan ooit machines op de markt introduceren, zoclaimt Nyquist.

Een van de unieke kenmerken van Nyquist’s software is devolledige ondersteuning van Simulink, de dynamische-simulatietoolbox van MATLAB. Simulink heeft een uitge-breide standaard library met functieblokken welke doorNyquist’s software vertaald worden in de embedded control-ler. Dit in tegenstelling tot bestaande software die ‘propriet-ary’, en dus veel kleinere, libraries ondersteunt.

Een multi-assencontroller stelt gebruikers in staat om meer-dere control loops toe te passen. Aan iedere as kan bijvoor-beeld een andere control loop worden toegewezen. Ook kaneen gekozen combinatie van assen worden samengevoegd inéén diagram. Dit biedt een belangrijk voordeel ten opzichtevan bestaande software welke maar één diagram tegelijkondersteunt.

Productinformatie is verkrijgbaar bij Piet Draak, productmanager, Nyquist Industrial Control, tel. 040-2578888,p.draak@nyquist.com.

www.nyquist.comwww.mathworks.nl

N r . 4 2 0 0 527

Nyquist introduceert geavanceerde motion-control software

molenaar opticstel.: 030-6951038, fax: 030-6961348

e-mail: info@molenaar-optics.nl website: www.molenaar-optics.nl

Precision Optics.OptoSigma Corporationis a global manufacturerof precision optics, opto-mechanics and customthin film coatings.Difficult coating specifi-cations are designed tomeet the industry’s mostdemanding specifications.

Fiber Optic Coatings.OptoSigma thin filmengineers customize thespectral performance tomeet the customer needs.Through implementationof optimization algorithmsand ion assisted deposi-tion, performances areaccurately obtained. Lowtemperature (T<90°C)durable coatings aredesigned to facilitateconnectorized fiber of alltypes.

Thin Film Coatings.Impressive, high perfor-mance thin film coatingsare manufactured incomputer controlled IonAssisted Deposition (IAD)chambers. Our highlytalented Optical Engineersare able to designdifficult coating specifi-cations for telecom andlaser applications withrequirements rangingfrom 193 nm to 2500 nmand low temperatureoptical coatings on fiberoptic endfaces andachromats with a repeat-able, precision process.

Substrates & OpticHolders.With accurate control oftemperature and IonAssisted Deposition (IAD),OptoSigma can depositdielectric and all – oxidecoatings on cementedachromats, connectorizedfibers, or other materialswhich require <90°C – 230°Ctemperature coatings withrepeatable results and fullyields. Precision opticholders are manufacturedfor accurate alignment forboth fiber and precisionoptics in various sizes.

Tijdens de beurs Control 2005 in Sinsheim introduceerdeMitutoyo onder meer het coördinatenmeetapparaat Nano-cord alsmede twee nieuwe versies van het beeldverwerkings-systeem UMAP. Nanocord, uitgerust met een beeldverwer-kingssensor en een schakelende of metende microtaster,maakt zeer nauwkeurige 3D-vormmetingen met een oplos-send vermogen van een nanometer mogelijk. Naast de stan-daard optische sensor kan het apparaat op klantwens wordenvoorzien van een tweede sensor: een zeer precieze UMAP-ultrasoontaster of een LNP-taster (Long range Nano Probe)voor scannende metingen met een zeer geringe tastdruk.Daarnaast beschikken de apparaten over een megapixelCCD-camera met een sterk oplossend vermogen voor eennauwkeurige beeldverwerking.

Tevens heeft Mitutoyo het reeds succesvolle UMAP VisionSystem, waarmee zelfs in het nagenoeg microscopischebereik tactiele metingen mogelijk zijn, uitgebreid met eentweede variant. De apparatuur is gebaseerd op het beeldver-werkingssysteem Quick Vision, dat met een zeer nauwkeuri-ge ultrasoon-microtaster (UMAP, Ultrasonic Micro andAccurate Probe) is uitgebreid. De punt van de tastnaaldbevindt zich in een continue, ultrasone trillingstoestand. Bijaanraking wordt de trilling gedempt, hetgeen als tastsignaalwordt herkend en waaraan een waarde wordt toegekend. Dein diameter slechts 30 µm grote glazen meetkogel van demicrotaster bevindt zich aan het uiteinde van een koolstofasje (diameter 20 µm, lengte 2 mm). Dit levert een bijzonde-re lengteverhouding op van 66,7 (aspect ratio), waardoorook metingen in een verlengde Z-as, bijvoorbeeld in deallerfijnste boringen, mogelijk worden.

www.mitutoyo.nl

N r . 4 2 0 0 5 28

PERSBERICHTEN

Meten met een microtaster

We Are, organisator van ICT- en high-tech-congressen, organiseert in samen-werking met de Brabantse Ontwikke-lings Maatschappij (NV BOM) en NVIndustriebank Liof het congres Mecha-tronica2005 voor uitbesteders en toele-veranciers. Het congres vindt plaats op15 november 2005 in het Evoluon teEindhoven. Achterliggende gedachte isdat kennisintensieve samenwerkingvan uitbesteders met hun toeleveran-ciers op mechatronicagebied de con-

currentiekracht van de Nederlandsemaakindustrie versterkt. De onder-scheidende kracht van Nederland bin-nen de Europese markt zit hem in hetsamenbrengen van verschillende kern-disciplines voor het maken van com-plexe onderdelen of microsystemen. In uitdagende samenwerkingsprojec-ten kunnen toeleveranciers zich ont-wikkelen richting krachtige (applica-tie) mainsuppliers. De Nederlandseeconomie en met name het industriële

MKB zal daar de vruchten van pluk-ken. Voor de mechatronicaleverancierimpliceert dit dat hij, naast gedegenproductkennis van de partners, eenvergaande proces- en systeemkennisvan zijn doelmarkten moet hebben.Samenwerking tussen bedrijven enkennisinstellingen is dus nodig omspecifieke kennis en technologieën inte zetten voor toepassing in de praktijk.

www.mechatronica2005.nl

Congres Mechatronica2005

Het UMAP Vision System.

Studiebeurs 2005Van 5 tot en met 8 oktober 2005 vindt de Studiebeurs plaatsin de Jaarbeurs te Utrecht. Vorig jaar hebben circa 84.000personen deze beurs bezocht. Tijdens deze beurs kunnen(aankomend) studenten kennismaken met alle universiteiten,hogescholen, mbo-instellingen en de krijgsmacht. De NVPTneemt samen met de Leidse Instrumentmakersschool weder-om deel aan de Studiebeurs. Op deze manier hopen we zoveel mogelijk aankomend studenten te interesseren voor eenopleiding in ons vakgebied.

N r . 4 2 0 0 529

Mikroniek BeursspecialRecent hebben de NVPT-leden en de deelnemers aan dePrecisiebeurs bericht ontvangen over de beursspecial. Voorhet eerst zal deze geheel in full colour worden uitgebracht.Een nieuw onderdeel in deze beursspecial is de ‘producten-catalogus’. Hiervoor krijgt u een half A4 ter beschikking omeen specifiek product onder de aandacht te brengen. De kos-ten bedragen € 125,00 (ex BTW). Grijp deze kans om uwproduct onder de aandacht van de bezoekers van dePrecisiebeurs te brengen.

NVPT-NIEUWS

Nieuwe eindredacteur MikroniekAfgelopen januari heeft het bestuur van de NVPT de eindre-dactie van Mikroniek overgenomen van Twin Design. Vanafdat moment zijn we gaan zoeken naar een eindredacteurvoor Mikroniek. We zijn blij U te mogen informeren datHans van Eerden bereid is gevonden deze taak op zich tenemen.

Hans van Eerden is al jaren bekend met het vakgebied. Nazijn studie Technische Natuurkunde en zijn promotie op hetgebied van de chemische fysica, beide aan de UniversiteitTwente, heeft hij zich ontwikkeld tot freelance tekstschrij-ver/redacteur. Hij schrijft voor bladen als Link Magazine,Mikroniek en Constructeur, voor hightech-bedrijven alsDemcon en De Koningh en voor instellingen als UniversiteitTwente, Nederlandse Vereniging Algemene Toelevering enOntwikkelingsmaatschappij Oost-Nederland. Als bureaure-dacteur bij Twente University Press was hij zeer nauwbetrokken bij het omwerken van Rien Koster’s colledictaatConstructieprincipes tot studieboek.

Met de komst van Hans denken we Mikroniek verder te kun-nen uitbouwen en verdiepen.

In de tussenliggende tijd heeft Janette van de Scheur de eind-redactie waargenomen. We mogen zeggen dat ze dat op eenzo goede manier gedaan heeft, dat de kwaliteit zeker nietminder is geworden dan voorheen. Wij danken Janette voor

haar buitengewone inzet voor Mikroniek in de afgelopenperiode.

Wij wensen Hans veel succes bij de verdere uitbouw van deredactie van Mikroniek. We hopen dat u als lezer daar uwbijdrage aan blijft leveren, in de vorm van opbouwende kri-tieken en uiteraard uw zeer gewaardeerde bijdragen.

Bestuur NVPT

N r . 4 2 0 0 530

“Dit instrument wordt gebruikt om ionen te verzamelen enop te hopen, zodat een dichte wolk ontstaat. Vervolgenswordt deze wolk geïnjecteerd in de meetcel van een massa-spectrometer”, legt promovenda Iona Taban uit. “Dit zorgtvoor een hogere gevoeligheid van de meetcel, nodig voor deanalyse van biologische monsters, waarin stoffen vaak inlage concentraties voorkomen.” Zij wil onder meer onder-zoeken welke stoffen er voorkomen in hersenvloeistof vankankerpatiënten en dit vergelijken met de samenstelling vande hersenvloeistof van gezonde mensen. Met het oog op devereiste gevoeligheid heeft ze eerst met simulaties de bestegeometrie van de ionengeleider bepaald.

KammenVervolgens gingen constructeur Iliya Cerjak en instrument-maker Jan van der Linden om tafel, om te kijken hoe het ont-werp technisch was uit te voeren. “Al dertig jaar ontwikke-len we ionengeleiders met vier, zes of acht polen. Enkeleontwerpen verkopen we ook aan bedrijven. Eén van de inno-vaties van deze octopool is de nieuwe geometrie. Er bevin-den zich kammen tussen acht staafvormige polen.”

De ionengeleider bestaat uit twee delen. Acht staafjes (leng-te ongeveer 18 centimeter, diameter 6 millimeter) zijn gelijk-matig verdeeld op een cirkel van 23 millimeter. De staafjes

zijn afwisselend positief en negatief geladen. De vier posi-tieve en de vier negatieve staafjes zijn onderling verbonden.Als er nu hoogspanning op de polen komt te staan, wordende ionen die door het binnenste vliegen gecentreerd en opge-hoopt. Om dit geheel zit de behuizing van roestvrijstaal. Hier kun-nen acht kammen worden ingeschoven die precies tussen destaafjes passen. Aan beide zijden zijn ‘doppen’ van Vespel,een kunststof, gemonteerd om het geheel in de massaspec-trometer te kunnen bevestigen. “Het is altijd een uitdagingom te voldoen aan de specificaties. Het materiaal komt ineen vacuüm en onder hoogspanning te staan, en de onderde-len moeten zeer precies gepositioneerd worden.”

FiguurzagenUit één stuk roestvaststaal van achttien centimeter heeft Vander Linden dit deel gesneden met behulp van de draadvonk-machine. “Je kunt draadvonken vergelijken met figuurza-gen. Door overslag van vonken van de elektrode, een dunnedraad, naar het materiaal smelt en verdampt het materiaal terplaatse. Met hoge precisie snijdt de draad geprogrammeerdecontouren uit. Eerst waren de kammen en de behuizing eengeheel. Na testen bleek de vorm van de kammen toch anderste moeten. Om daarin te kunnen variëren hebben we lossekammen gemaakt, die makkelijk te verwisselen zijn. De achtlosse paraboolvormige kammen zijn als één pakket uitge-vonkt. Ze hebben daardoor dezelfde vorm.” Van der Lindenen Cerjak benadrukken de synergie waarmee zij productont-wikkeling beoefenen. “Zonder de nauwe onderlinge samen-werking lukt dit niet.”

door Annemarie Zegers, Stichting FOM

KENNIS VAN ELKANDERS KUNNEN

Uit een nauwe samenwerking tussen onderzoekers, tekenkamer en mechanische werkplaats

ontstond in korte tijd de FTI-octopool. Een typisch praktijkvoorbeeld van productontwikke-

ling op een wetenschappelijk onderzoeksinstituut, en dagelijkse praktijk op het FOM-

Instituut voor Atomaire en Moleculaire Fysica (AMOLF) in Amsterdam.

Productontwikkeling op AMOLF

www.amolf.nl

Informatie

De Leidse Instrumentmakersschool

zoekt voor de Glastechnische afdeling

een docent GlastechniekTaak:

• Geeft leiding aan de afdeling waarin zowel

opleiding als werkzaamheden voor derden plaatsvinden.

• Geeft als docent instructie aan leerlingen

in opleiding voor glasinstrumentmaken tot niveau

research-instrumentmaker/LIS B.

• Voert alle voorkomende werkzaamheden uit

ten behoeve van de faculteit W&N (Universiteit Leiden).

Niveau:

• Opleiding op niveau Glas B (praktijk en theorie).

• Ervaring met het CNC-bewerken van harde en

brosse materialen.

• Didactische vaardigheid is een pré.

Salarisindicatie: schaal 11 CAO-BVE.

Uw sollicitatie kunt u richten aan:

het bestuur van de Vereniging tot bevordering

van de opleiding tot Instrumentmaker

Einsteinweg 61, 2333 CC Leiden

Voor informatie:

J. Gonggrijp, directeur LIS

Tel: 071-5681169 (school)

of ’s avonds na 20.00 uur: 0172-508640

E-mail: gonggrijp@lis-mbo.nl