Микро-кладки для 3D аддитивного Micromanufacturing
Summary
Эта статья вводит 3D присадок Micromanufacturing стратегию (называется "микро-кладки ') для гибкого изготовления микроэлектромеханических систем (MEMS) сооружений и устройств. Этот подход включает передачи печати на основе сборку микро / нано материалов в сочетании с быстрым отжига с поддержкой методов тепловых связующего материала.
Abstract
Трансферная печать это метод для передачи твердых микро / нано материалов (здесь называемые "чернила") с подложки, где они генерируются в другую подложку с использованием эластомерных марок. Трансферная печать позволяет интегрировать разнородных материалов для изготовления беспрецедентные структур или функциональных систем, которые находятся в последние передовых устройств, таких как гибкие и растяжению солнечных батарей и светодиодных массивов. В то время как трансферная печать проявляет уникальные черты в материальной возможности сборки, использование клеевых слоев или модификация поверхности, такие как отложения самоорганизующихся монослоя (SAM) на подложках для повышения процессов печати препятствует ее широкому адаптации в микросборки из микроэлектромеханических систем (MEMS) структур и устройства. Чтобы преодолеть этот недостаток, мы разработали расширенный режим печати с переносом, который детерминировано собирает отдельные объекты микромасштабной исключительно путем контроля поверхности площадь контактабез поверхностного изменения. Отсутствие клеевым слоем или иного изменения и последующих процессов связующего материала обеспечить не только механическое св зывание, но также термической и электрическое соединение между собранных материалов, которые в дальнейшем открывает различные применения в адаптации в создании необычных MEMS устройства.
Introduction
Микроэлектромеханические системы (MEMS), такие как миниатюризации крупномасштабных обычных 3D-машин, являются необходимым условием для продвижения современных технологий, предоставляя средства повышения производительности и снижения стоимость производства 1,2. Тем не менее, нынешние темпы технического прогресса в MEMS не может быть обеспечена без непрерывных инноваций в технологии производства 3-6. Общие монолитный микротехнологий первую очередь полагается на слой за слоем процессов, разработанных для производства интегральных схем (ИС). Этот метод был достаточно успешным на то, чтобы массовое производство MEMS устройств высокой производительности. Однако в связи с его сложным слой за слоем и электрохимически субтрактивного природы, изготовление разнообразно-образных структур и устройств 3D MEMS, в то время как легко в макромире, очень сложно добиться, используя эту монолитную микротехнологий. Чтобы включить более гибкий 3D микротехнологий со сложностью меньше процесса, мы развивприпрыжку 3D-присадок Micromanufacturing стратегию (называется "микро / нано-кладки»), которая предполагает передачу печати на основе сборку микро / нано материалов в сочетании с быстрым отжига с поддержкой методов тепловых связующего материала.
Передача печати представляет собой способ для передачи твердых микромасштабной материалы (т.е. 'твердые чернила') от субстрата, где они генерируются или выращенного на другой подложке с помощью контролируемого сухой адгезии эластомерных марок. Типичная процедура микро-кладки начинается с передачи печати. Сборные твердые чернила передачи, напечатанные на микронаконечник штамп, который является продвинутой формой эластомерных марок и печатные структуры отжигу при помощи быстрого термического отжига (RTA) для повышения чернильницу чернил и адгезии чернил субстрата. Этот производственный подход позволяет создавать необычные микромасштабных структуры и устройства, которые не могут быть размещены с помощью других существующих метоспуск 7.
Микро-кладки обеспечивает ряд привлекательных особенностей, которых нет в других методах: (а) способность интегрировать функциональные и структурные твердые чернила из разнородных материалов, чтобы собрать MEMS датчики и исполнительные устройства интегрированы в структуре 3D; (Б) интерфейсы собранных твердых чернил может функционировать в качестве электрических и тепловых контактов 9,10; (С) Ассамблея пространственное разрешение может быть высокой (~ 1 мкм), используя высоко-масштабируемых и хорошо понятны литографических процессов для генерации твердых чернил и высоко-точные механические этапы для передачи печати 7; и (г) функциональные и структурные твердые чернила могут быть интегрированы на жестких и гибких подложках в плоской или криволинейной геометрией.
Protocol
Representative Results
Discussion
Микро-кладки, представлены на рисунке 4, включает кремния сплавлением в материальном стадии скрепления. Кремний сплавления достигается путем помещения образца в быстрого термического отжига (RTA печи) и нагрева образца при 950 ° С в течение 10 мин. Это условие отжига и усыновлен ме…
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
- Stix, G. Toward “Point one. Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).
- Appenzeler, T. The Man Who Dared to Think Small. Science. 254, 1300-1301 (1991).
- Madou, M. J. Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization. , (2002).
- Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft Lithography. Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).
- Judy, J. W. Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications. Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).
- Jain, V. K. . Micromanufacturing Process. , (2012).
- Keum, H., et al. Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication. J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).
- Keum, H., Chung, H., Kim, S. Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining. ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).
- Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching. Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).
- Klaassen, E. H., et al. Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures. Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).
- Barth, P. W. Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures. Sens Actuators. A21 – A23, 919-926 (1990).
