Micro-alvenaria para Aditivo 3D Microfabricação
Summary
Este artigo apresenta uma estratégia micromanufactura aditivo 3D (chamado de "micro-alvenaria ') para a fabricação flexível de sistema microeletromecânicos (MEMS) estruturas e dispositivos. Esta abordagem envolve a montagem de base de impressão por transferência de materiais micro / nanoescala em conjunção com as técnicas de ligação de material compatível com o tratamento térmico rápido.
Abstract
De impressão por transferência é um método para transferir materiais micro / nanoescala sólidos (aqui chamado "tintas") a partir de um substrato, onde elas são geradas para um substrato diferente, utilizando carimbos elastoméricos. Impressão de transferência permite a integração de materiais heterogêneos para o fabrico de estruturas ou sistemas funcionais sem exemplo, que são encontrados nos últimos dispositivos avançados, tais como células solares flexíveis e elásticos e matrizes de LED. Durante a impressão de transferência apresenta características únicas na capacidade de montagem de materiais, a utilização de camadas adesivas ou a modificação da superfície, tais como a deposição de auto-montagem em monocamada (SAM) em substratos para melhorar os processos de impressão dificulta a sua adaptação em larga micromontagem do sistema microeletromecânico (MEMS) estruturas e dispositivos. Para superar esta lacuna, foi desenvolvido um modo avançado de impressão de transferência que deterministically reúne objetos em microescala individuais unicamente através controlar a área de contato da superfície, sem qualquer alteração na superfície. A ausência de uma camada adesiva ou outra modificação e os processos de ligação de material subseqüentes garantir não só a fixação mecânica, mas também conexão térmica e elétrica entre os materiais reunidos, o que abre mais diversas aplicações em adaptação na construção de dispositivos MEMS incomuns.
Introduction
Sistemas microeletromecânicos (MEMS), como a miniaturização das máquinas 3D comuns em grande escala, são indispensáveis para o avanço de tecnologias modernas, proporcionando melhorias de desempenho e redução de 1,2 custo de fabricação. No entanto, o ritmo atual de avanço tecnológico em MEMS não pode ser mantida sem inovações contínuas das tecnologias de fabrico 3-6. Microfabricação monolítico comum baseia-se principalmente em processos de camada-a-camada desenvolvidas para a fabricação de circuitos integrados (CI). Este método tem sido bastante bem sucedido a permitir a produção em massa de dispositivos MEMS de alto desempenho. No entanto, devido à sua complexa camada por camada e natureza eletroquimicamente subtrativo, fabricação de forma de diversamente estruturas e dispositivos de MEMS em 3D, enquanto fácil no mundo macro, é muito difícil de conseguir usar este microfabricação monolítico. Para habilitar mais flexível microfabricação 3D com menos complexidade do processo, que desenvolvido uma estratégia micromanufactura aditivo 3D (chamado de "micro / nano-alvenaria"), que envolve um conjunto baseado em impressão de transferência de materiais micro / nanoescala em conjunto com técnicas de colagem de material compatível com o tratamento térmico rápidos.
De impressão por transferência é um método para transferir material em microescala sólidos (isto é, «tintas sólidas ') a partir de um substrato, onde elas são geradas ou crescido para um substrato diferente, utilizando adesão seca controlada de carimbos elastoméricos. O procedimento típico de micro-alvenaria começa com a impressão de transferência. Tintas sólidas pré-fabricadas são transferência impresso usando um selo microtip que é uma forma avançada de carimbos elastoméricos e as estruturas impressas são posteriormente recozido com tratamento térmico rápido (RTA) para melhorar a tinta de tinta e aderência da tinta-substrato. Esta abordagem permite a produção da construção de estruturas em microescala incomuns e dispositivos que não podem ser acomodados utilizando outro metodo existenteds 7.
Micro-alvenaria proporciona várias características atraentes que não estão presentes em outros métodos: (a) a capacidade de integrar tintas sólidas funcionais e estruturais de materiais diferentes para montar os sensores MEMS e atuadores todos integrados dentro da estrutura 3D; (B) as interfaces de tintas sólidas montados pode funcionar como contatos elétricos e térmicos 9,10; (C) a resolução espacial de montagem pode ser alto (~ 1 mm), utilizando processos litográficos altamente escaláveis e bem compreendidas para a geração de tintas sólidas e estágios mecânicos altamente precisos para a transferência de impressão 7; e (d) as tintas sólidas funcionais e estruturais podem ser integrados em ambos os substratos rígidos e flexíveis no plano ou geometrias curvilíneas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Micro-alvenaria, apresentado na Figura 4, envolve a ligação de fusão de silício em um passo de ligação de material. Ligação de fusão de silício é obtido por colocação da amostra num forno de recozimento térmico rápido (forno RTA) e aquecer a amostra a 950 ° C durante 10 min. Esta condição de recozimento é tanto adotáveis entre Si – Si e Si – SiO2 ligação 10,11. Alternativamente, o Au ligado com uma tira de Si, como visto na Figura 5C ado…
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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