Micro-mampostería para 3D Aditivo Microfabricación

El objetivo de este procedimiento es demostrar un microensamblaje basado en impresión por transferencia denominado micromampostería para la microfabricación aditiva tridimensional. Esto se logra preparando primero micro objetos de silicio u oro llamados tintas en sustratos donantes, de modo que se suspendan en soportes fotorresistentes estampados. El segundo paso es alinear con precisión un sello de micropunta elastomérica en una tinta y aplicar una precarga de fuerza predefinida sobre el sello para formar un área de contacto con el adhesivo.

En el medio, el sello se ha retraído rápidamente para recuperar la tinta. A continuación, el sello y la tinta recuperada se transfieren a un sustrato receptor donde la tinta se imprime suavemente en el área objetivo. Con la pequeña precarga, el sello se retrae lentamente, dejando la tinta en el sustrato receptor.

El paso final es la rápida eliminación térmica del sustrato receptor para unir la tinta impresa y el sustrato de forma permanente. En última instancia, este procedimiento de impresión por transferencia se repite hasta que se completa la microestructura 3D deseada. En este caso, una micro tetera se fabrica únicamente a través de micro mampostería para demostrar su capacidad.

La principal ventaja de esta técnica de micro mampostería sobre la microfabricación monolítica convencional es que puede crear microestructuras tridimensionales heterogéneas de una manera muy sencilla mientras los niños juegan con Legos, lo que de otro modo sería muy difícil de lograr. La demostración visual del método es muy importante debido a sus pasos paralelos. La observación visual de esta técnica debería aclarar cualquier ambigüedad que los espectadores puedan tener para comenzar este procedimiento.

Diseñar tres máscaras para la fabricación de tintas sobre un sustrato donante. Como se detalla en el protocolo de texto: En una oblea SOI con una capa de dispositivo de tres micras y una capa de óxido de caja de una micra, la capa de centrifugado resiste la foto AZ 5 2 14 a 3000 RPM durante 30 segundos. Para lograr un espesor de 1,5 micras de la fotorresistencia, caliente la oblea en una placa calefactora de 110 grados Celsius durante un minuto y, con un alineador de máscara, exponga con la máscara uno y revele con el revelador MIF 3 2 7 utilizando un patrón de instrumento de grabado reactivo IN.

La capa del dispositivo de la oblea SOI y retire la máscara de fotorresistencia. Después de este paso, la región grabada ha expuesto la capa de óxido de la caja. A continuación, recubre las fotorresistencias antes y haz el patrón con la máscara dos.

Luego caliente la oblea a 125 grados centígrados durante 90 segundos En una placa caliente, sumerja la oblea en fluoruro de hidrógeno al 49% durante 50 segundos para grabar la capa de óxido de la caja expuesta. Después de secar por completo, retire la foto de enmascaramiento, resista el centrifugado nuevamente y modele con la máscara tres. A continuación, calienta la oblea a 125 grados centígrados en una placa caliente.

Después de 90 segundos, sumerja la oblea en fluoruro de hidrógeno al 49% durante 50 minutos. Este paso graba la capa de óxido de la caja que queda debajo del silicio de la capa del dispositivo del patrón, lo que da como resultado silicio en suspensión. Unidades individuales en la foto resistente.

El siguiente paso es hacer el molde para un sello de micro punta y duplicar un sello de micro punta como se describe en el protocolo de texto. Para comenzar el proceso de impresión, coloque el sustrato donante en las etapas de traducción motorizada, rotacional y XY equipadas con el microscopio. A continuación, coloque el sello de micropunta en una etapa de traslación vertical independiente.

Una vez que el sustrato donante y el sello de micropunta estén cargados, opere las etapas de traducción motorizadas bajo el microscopio. Alinee el sello de micropunta con la tinta de silicona en el sustrato donante mediante etapas de traducción y rotación. Después, baja el sello de micropunta para hacer contacto.

Lleve lentamente el sello de micropunta hacia abajo después del contacto inicial para que las puntas pequeñas estén completamente colapsadas y toda la superficie esté en contacto con la tinta de silicona en el sustrato donante. A continuación, levante rápidamente la etapa Z, rompiendo los anclajes debido a la gran área de contacto entre el sello del microchip y la tinta de silicona. Para recuperar la tinta de silicona del sustrato donante y adjuntarla al sello de micropunta, coloque el sustrato receptor en una etapa de traducción XY y alinee la tinta de silicona recuperada debajo del sello de micropunta en la ubicación deseada para enviar la etapa Z hasta que la tinta de silicona recuperada apenas haga contacto con el sustrato receptor.

Después de hacer contacto, levante lentamente la etapa Z para liberar la tinta de silicona, imprimiéndola en la ubicación deseada. El siguiente programa, un horno térmico rápido, de rodillas, para pasar de la temperatura ambiente a 950 grados centígrados en 90 segundos. Permanezca a 950 grados centígrados durante 10 minutos y luego enfríe a temperatura ambiente.

Coloque el sustrato del receptor impreso en el horno en un ambiente de aire ambiente y arrodíllese a 950 grados centígrados durante 10 minutos para la unión de silicio y silicio. Para demostrar su capacidad, una micro tetera se fabrica únicamente a través de micro mampostería. Esta imagen microscópica óptica revela tintas de silicona fabricadas en un sustrato donante.

Las tintas diseñadas son discos con diferentes dimensiones hechos de silicio monocristalino, que son los componentes básicos de la microtetera. Una vez que se prepara un sustrato donante de forma independiente, los discos se imprimen por transferencia en un sustrato receptor y se arrodillan capa por capa utilizando un sello de micro punta. La región interna de la microtetera es hueca, como se puede ver en cada disco ensamblado.

La delicadeza de los reprocesos de micro albañilería también se prueba mediante impresión por transferencia y una arrodillada, una superficie fotónica de plaquetas de cristal fotónico bastante exquisita se modela con litografía de nano impresión y se fabrica como tintas transferibles en un sustrato donante. Una vez que la tinta está completamente preparada, la plaqueta de cristal fotónico se transfiere a cuatro anillos de silicio con un grosor de 50 micras formando una configuración similar a la de una mesa. Aquí hay ejemplos de micro mampostería adoptada para ensamblar películas delgadas de oro.

Esta imagen microscópica óptica revela las películas de oro de 400 nanómetros de espesor preparadas en un sustrato donante. Estas tintas se procesan y prueban posteriormente para transferir la impresión a una superficie de oro, así como a una superficie de silicona. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo ensamblar microestructuras usando micro mason D y debería poder aplicar esta técnica para construir estructuras de microdispositivos tridimensionales más atractivas.

Una vez dominada, esta técnica debería reducir el tiempo total de fabricación a través de su carácter de proceso paralelo en comparación con otros procesos de microfabricación secuenciales. Nos gustaría agradecer a New Mattered y al profesor Ferreira por su ayuda con los procesos automatizados de impresión por transferencia y a Mickey Dki por su ayuda en la sala limpia de MNMS en UIUC.