3D Katkı Micromanufacturing için Micro-duvar
Summary
Bu kağıt mikroelektromekanik sistemi (MEMS) yapılar ve cihazlar esnek imalat için bir 3D katkı micromanufacturing stratejisi (adlandırılan 'mikro-yığma') tanıttı. Bu yaklaşım, hızlı termal tavlama-etkin malzeme yapıştırma teknikleri ile birlikte mikro / nano malzemelerin transfer baskı-tabanlı düzeneğini içerir.
Abstract
Transfer baskı Elastomerik pullar kullanılarak farklı bir alt-tabaka için oluşturulan bir substrattan (Burada kullanılan "mürekkep" olarak adlandırılan) bir katı mikro / nano ölçekli malzeme transfer etmek için bir yöntemdir. Transfer baskı tür esnek ve gerilebilir güneş hücreleri ve LED diziler gibi son gelişmiş cihazlarla bulunan eşsiz yapıları veya fonksiyonel sistemleri imal etmek heterojen malzemelerin entegrasyonu sağlar. Transfer baskı malzemesi takımı yeteneği benzersiz özellikler sergiler da, bu tür baskı işlemleri arttırmak için alt-tabakalar üzerinde kendi kendine monte tek tabaka (SAM) birikimi gibi yapışkan tabakaların kullanımı veya yüzey modifikasyonu mikroelektromekanik sisteminin mikro montaj (MEMS) yapılar geniş adaptasyon engellemektedir ve cihazlar. Bu eksikliği gidermek için, biz deterministically sadece yüzey temas alanı kontrol aracılığıyla bireysel microscale nesneleri bir araya transfer baskı gelişmiş bir mod geliştirdiHerhangi bir yüzey değişiklik olmadan. Bir yapışkan tabaka veya başka bir değişiklik ve daha sonraki malzeme bağlama işlemleri yokluğu sadece mekanik bağlantı sağlamak, fakat daha fazla sıra dışı MEMS cihazları binada uyarlamasında çeşitli uygulamalar açılır monte malzemeler arasında, aynı zamanda, termal ve elektrik bağlantısı,.
Introduction
Böyle büyük ölçekli sıradan 3D makineleri minyatür olarak Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), performans geliştirmeleri ve üretim maliyet azaltma 1,2 sağlayarak çağdaş teknolojileri ilerleyen için vazgeçilmezdir. Ancak, MEMS teknolojik ilerleme cari oranı imalat teknolojileri 3-6 sürekli yenilikler olmadan muhafaza edilemez. Ortak monolitik mikroimalat esas entegre devreler (IC) 'nin üretimi için geliştirilmiş katman-katman süreçlere dayanır. Bu yöntem, yüksek performanslı MEMS cihazlar seri üretimine olanak oldukça başarılı olmuştur. Bununla birlikte, bağlı karmaşık katman-katman ve elektrokimyasal eksiltici doğada, çeşitli şekillerde şeklindeki 3D MEMS yapıları ve cihazların imalatı, macroworld kolay, bu yekpare mikroimalat kullanarak elde etmek çok zor iken. Daha az işlem karmaşıklığı ile daha esnek 3D mikroimalat etkinleştirmek için, biz devehızlı termal tavlama-etkin malzeme yapıştırma teknikleri ile birlikte mikro / nano malzemelerin bir transfer baskı-tabanlı düzeneğini içeren bir 3D katkı micromanufacturing stratejisi (adlandırılır 'mikro / nano-yığma') miştir.
Transfer baskı Elastomerik pulları kontrollü kuru yapışma kullanarak oluşturulan veya farklı bir alt-tabaka için yetiştirilen bir alt-tabaka katı mikro maddeleri (örneğin, 'katı mürekkep') transfer etmek için bir yöntemdir. Mikro-duvarcılık tipik bir prosedür transfer baskı ile başlar. Prefabrik katı mürekkepler, gelişmiş bir elastomerik pul formu ve basılı yapılar sonradan mürekkep mürekkep ve mürekkep yüzey yapışmasını geliştirmek için hızlı termal tavlama (RTA) kullanılarak tavlanır bir mikrotip damga kullanarak yazdırılan transferidir. Bu üretim yaklaşımı, diğer mevcut metodoloji kullanılarak ağırladı edilemez sıradışı mikro yapıların ve cihazların yapımını sağlards 7.
MEMS sensörleri birleştirmek için benzemez malzemelerin yapısal ve işlevsel bir katı mürekkep entegre etmek için (a) yeteneği ve 3D yapı içinde entegre aktüatörler,: Mikro duvar diğer yöntemler de mevcut olmayan çeşitli çekici özellikler sağlar (B) monte katı mürekkep arabirimleri elektriksel ve termal kontaklar 9,10 olarak işlev görebilir; (C) montaj uzaysal çözünürlüğü 7 baskı transferi için katı mürekkep ve son derece hassas mekanik aşamaları üretmek için son derece ölçeklenebilir ve iyi anlaşılmış taşbaskı süreçleri kullanarak (~ 1 mikron) yüksek olabilir; ve (d) yapısal ve işlevsel bir katı mürekkepler düzlemsel veya kavisli bir geometride hem de sert ve esnek bir alt-tabakalar üzerinde entegre edilebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Şekil 4'de sunulan mikro duvar, bir madde bir bağlama aşamasında bir silikon füzyon bağı içerir. Silikon füzyon bağlama hızlı bir ısıl tavlama fırını içindeki numune yerleştirme (RTA fırın) ve 10 dakika boyunca 950 ° C 'de, numunenin ısıtılması ile elde edilir. Si ve Si – – SiO 2 yapıştırma 10,11 Bu tavlama durum Si arasındaki uyarlanamıyor hem de. Seçenek olarak ise, Şekil 5C de bulunan gibi bir Si şeridi ile bağlı Au ö…
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).
