Micro-Mauerwerk für 3D-Additive Mikroproduktion
Summary
Dieses Papier stellt eine 3D-additive Mikrofertigung Strategie (sog. "Mikromauerwerk ') für die flexible Fertigung von mikroelektromechanisches System (MEMS)-Strukturen und Geräte. Dieser Ansatz beinhaltet Transferdruck-basierte Montage von Mikro / nanoskaligen Materialien in Verbindung mit Rapid Thermal Annealing-fähigen Material Verbindungstechniken.
Abstract
Transferdruck ist eine Methode zur Fest micro / nanoskaligen Materialien (hier als 'Farben') von einem Substrat, wo sie zu einem anderen Substrat durch die Nutzung elastomeren Stempel erzeugt werden, zu übertragen. Transferdruck ermöglicht die Integration von heterogenen Materialien, um beispiellose Strukturen oder funktionellen Systemen, die in den letzten fortschrittliche Geräte, wie flexible und dehnbare Solarzellen und LED-Arrays gefunden werden, herzustellen. Während Transferdruck aufweist einzigartigen Eigenschaften der Materialanordnung Fähigkeit, die Verwendung von Klebeschichten oder die Oberflächenmodifizierung, wie Abscheidung von selbstorganisierten Monoschicht (SAM) auf Substraten zur Verbesserung der Druckprozesse behindert seine breite Anpassung in Mikromontage von mikroelektromechanischen System (MEMS)-Strukturen und Vorrichtungen. Um diesen Nachteil zu überwinden, einen erweiterten Modus von Transferdruck, die deterministisch versammelt einzelnen Mikro Objekte allein durch Steuern Oberflächenkontaktbereich entwickelten wirohne Veränderung der Oberfläche. Die Abwesenheit einer Klebstoffschicht oder einer anderen Modifikation und die nachfolgende Materialverbindungsverfahren sorgen nicht nur mechanische Verbindung, sondern auch thermische und elektrische Verbindung zwischen den zusammengesetzten Materialien, die weiter öffnet verschiedene Anwendungen in Anpassung an den Aufbau ungewöhnliche MEMS-Vorrichtungen.
Introduction
Mikroelektromechanische Systeme (MEMS), wie beispielsweise die Miniaturisierung von großen 3D gewöhnlichen Maschinen sind für die Förderung der modernen Technologien durch Leistungsverbesserungen und Fertigungskostenreduzierung 1,2 unverzichtbar. Allerdings kann die aktuelle Rate des technologischen Fortschritts in der MEMS nicht ohne kontinuierliche Innovationen im Fertigungstechnologien 6.3 beibehalten werden. Gemeinsamen monolithischen Mikro beruht primär auf der Schicht-für-Schicht-Prozesse für die Herstellung von integrierten Schaltungen (IC) entwickelt. Diese Methode ist sehr erfolgreich bei eine Massenproduktion von Hochleistungs MEMS-Geräte gewesen. Jedoch aufgrund seiner komplexen Schicht-für-Schicht und elektrochemisch subtraktiven Natur, die Herstellung von unterschiedlich geformten 3D-MEMS-Strukturen und Einrichtungen, während in der Makrowelt einfach, ist sehr anspruchsvoll mit diesem monolithischen Mikro zu erreichen. Um mehr flexible 3D-Mikrofabrikation mit weniger Prozesskomplexität ermöglichen, Ent wirwickelt eine 3D-additive Mikrofertigung Strategie (als "Mikro / Nano-Mauerwerk"), die eine Transferdruck-basierte Montage von Mikro / nanoskaligen Materialien in Verbindung mit Rapid Thermal Annealing-fähigen Material Verbindungstechniken beinhaltet.
Transferdruck ist eine Methode zur Fest mikroskaligen Materialien (dh 'solid Farben') von einem Substrat, wo sie durch die Verwendung kontrollierter Trockenhaftung von elastomeren Stempel erzeugt werden oder in ein anderes Substrat aufgewachsen zu übertragen. Die typische Vorgehensweise von Mikro-Mauerwerk beginnt mit Transferdruck. Fertig feste Tinten sind Transfer gedruckt mit einer Mikrobriefmarke, die eine fortgeschrittene Form von elastomeren Stempel und die gedruckten Strukturen werden anschließend mit Rapid Thermal Annealing (RTA), Tinte-Tusche und Tinte-Substrat-Haftung zu verbessern geglüht ist. Dieses Herstellungs Ansatz ermöglicht die Konstruktion von Mikrostrukturen und ungewöhnliche Geräte, die nicht mit anderen bestehenden metho gebracht werden könnends 7.
Micro-Mauerwerk bietet mehrere nicht in anderen Verfahren weisen attraktive Merkmale: (a) die Fähigkeit, funktionelle und strukturelle feste Tinten unterschiedlicher Materialien zu integrieren, um MEMS-Sensoren und Aktoren montieren alle innerhalb des 3D-Struktur integriert; (B) die Schnittstellen von zusammen feste Tinten kann als elektrische und thermische Kontakte funktionieren 9,10; (C) die Anordnung räumlicher Auflösung hohe (~ 1 um) durch Verwendung von hoch skalierbaren und gut verstanden lithographischen Verfahren zur Erzeugung fester Tinte und hochpräzise mechanische Stufen für den Transferdruck 7 ist; und (d) Funktions-und Struktur feste Tinten auf beiden starren und flexiblen Substraten in ebene oder gekrümmte Geometrien integriert werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikromauerwerk, in 4 dargestellt, beinhaltet Siliziumschmelzverbindungsmaterial in einem Verbindungsschritt. Silizium-Fusionsbonden, indem die Probe in einem schnellen thermischen Ofen (RTA-Ofen) und Erhitzen der Probe bei 950 ° C für 10 min erreicht. Dieses Glühen Bedingung ist sowohl Herrenlose zwischen Si – Si-und Si – SiO 2-Bindung 10,11. Alternativ kann die Au mit einer Si Streifen gebunden, wie in 5C gefunden annimmt eutektisches Bonden, und daher ist die …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).
Materials
| Name of Material / Equipment | Company | Comments / Description | |
| Az 5214 | Clariant | 1.5 mm thick photoresist | |
| Su8-100 | Microchem | 100 mm Photoresist used in mold | |
| Sylgard 184 | Dow Corning | PDMS mixed to fabricate stamp | |
| Hydrofluoric Acid | Honeywell | Acid to etch silicon oxide layer | |
| Silicon on insulator | Ultrasil | Donor substrate was fabricated | |
| trichlorosilane | Sigma-Aldrich | Chemical used to help pealing of PDMS from mold |
References
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