Micro-maçonnerie pour la 3D Additif Microfabrication

L’objectif de cette procédure est de faire la démonstration d’un micro-assemblage basé sur l’impression par transfert appelé micro-maçonnerie pour la micro-fabrication additive tridimensionnelle. Pour ce faire, il prépare d’abord des micro-objets en silicium ou en or appelés encres sur des substrats donneurs, de sorte qu’ils soient suspendus sur des supports de résine photographique à motifs. La deuxième étape consiste à aligner avec précision un tampon à micropointe en élastomère sur une encre et à appliquer une précharge de force prédéfinie sur le tampon pour former une zone de contact adhésive.

Entre les deux, le tampon s’est rapidement rétracté pour récupérer l’encre. Ensuite, le tampon et l’encre récupérée sont transférés sur un substrat récepteur où l’encre est imprimée doucement sur la zone cible. Avec la petite précharge, le tampon est ensuite lentement rétracté, laissant l’encre sur le substrat du récepteur.

La dernière étape est l’anguillage thermique rapide du substrat récepteur pour lier l’encre imprimée et le substrat de manière permanente. En fin de compte, cette procédure d’impression par transfert est répétée jusqu’à ce qu’une microstructure 3D souhaitée soit terminée. Dans ce cas, une micro-théière est fabriquée uniquement par micro-maçonnerie pour démontrer ses capacités.

Le principal avantage de cette technique de micro-maçonnerie par rapport à la microfabrication monolithique conventionnelle est qu’elle permet de créer des microstructures tridimensionnelles hétérogènes de manière très simple lorsque les enfants jouent avec des Lego, ce qui serait autrement très difficile à réaliser. La démonstration visuelle de la méthode est très critique en raison de ses étapes parallèles. L’observation visuelle de cette technique devrait clarifier toute ambiguïté que les spectateurs pourraient avoir pour commencer cette procédure.

Concevoir trois masques pour la fabrication d’encres sur un substrat donneur. Comme détaillé dans le protocole texte, sur une plaquette SOI avec une couche de dispositif de trois microns et une couche d’oxyde de boîte d’un micron, la couche de spin coat photo-résiste AZ 5, 2, 14 à 3000 tr/min pendant 30 secondes. Pour obtenir une épaisseur de 1,5 micron de la photorésistance, chauffez la plaquette sur une plaque chauffante à 110 degrés Celsius pendant une minute et, à l’aide d’un aligneur de masque, exposez à l’aide du masque un et développez-la à l’aide d’un révélateur MIF 3 2 7 à l’aide d’un motif d’instrument de gravure IN réactif.

La couche de dispositif de la plaquette SOI et retirez le masque de résistance photo. Après cette étape, la région gravée a exposé la couche d’oxyde de boîte. Ensuite, faites tourner les photorésistances avant et tracez avec le masque deux.

Chauffez ensuite la plaquette à 125 degrés Celsius pendant 90 secondes Sur une plaque chauffante, plongez la plaquette dans du fluorure d’hydrogène à 49 % pendant 50 secondes pour graver la couche d’oxyde exposée. Après séchage complet, retirez la photo de masquage, résistez à nouveau à l’essorage et créez un motif avec le masque trois. Chauffez ensuite la gaufrette à 125 degrés Celsius sur une plaque chauffante.

Après 90 secondes, plongez la plaquette dans du fluorure d’hydrogène à 49 % pendant 50 minutes. Cette étape grave la couche d’oxyde de boîte restant sous la couche de silicium du dispositif de motif, ce qui donne du silicium en suspension. Les unités individuelles de la photo résistent.

L’étape suivante consiste à fabriquer le moule pour un tampon à micro-pointe et à dupliquer un tampon à micro-pointe comme décrit dans le protocole de texte. Pour commencer le processus d’impression, placez le substrat donneur sur les platines de translation motorisées, rotatives et XY équipées du microscope. Fixez ensuite le tampon à micro-pointe sur une platine de translation verticale indépendante.

Une fois le substrat donneur et le tampon à micro-pointes chargés, actionnez les platines de translation motorisées sous le microscope. Alignez le tampon à micro-pointes avec l’encre de silicium sur le substrat donneur à l’aide d’étapes de translation et de rotation. Ensuite, abaissez le tampon à micro-pointes pour établir le contact.

Abaissez lentement le tampon à micro-pointes après le contact initial afin que les petites pointes soient complètement repliées et que toute la surface soit en contact avec l’encre de silicium sur le substrat donneur. Ensuite, soulevez rapidement la platine Z, en brisant les ancrages en raison de la grande surface de contact entre le tampon de la micropuce et l’encre de silicium. Pour récupérer l’encre de silicium du substrat donneur et la fixer au tampon de micropointe, placez le substrat récepteur sur une platine de translation XY et alignez l’encre de silicium récupérée sous le tampon de micro-pointe à l’endroit souhaité pour envoyer la platine Z jusqu’à ce que l’encre de silicium récupérée entre à peine en contact avec le substrat récepteur.

Après avoir établi le contact, soulevez lentement l’étage Z pour libérer l’encre de silicium, en l’imprimant à l’endroit souhaité. Programme suivant, un thermique rapide, un four à genoux pour passer de la température ambiante à 950 degrés Celsius en 90 secondes. Restez à 950 degrés Celsius pendant 10 minutes, puis laissez refroidir à température ambiante.

Placez le substrat du récepteur imprimé, le four dans un environnement d’air ambiant et agenouillez-vous à 950 degrés Celsius pendant 10 minutes pour la liaison silicium-silicium. Pour démontrer ses capacités, une micro-théière est fabriquée uniquement par micro-maçonnerie. Cette image microscopique optique révèle des encres de silicium fabriquées sur un substrat donneur.

Les encres conçues sont des disques de différentes dimensions en silicium monocristallin, qui sont les éléments constitutifs de la micro-théière. Une fois qu’un substrat donneur est préparé indépendamment, les disques sont imprimés par transfert sur un substrat récepteur et agenouillés couche par couche à l’aide d’un tampon à micro-pointe. La région interne de la micro-théière est creuse, comme on peut le voir sur chaque disque assemblé.

La délicatesse des retraitements de micro-maçon est également testée par l’impression par transfert et un agenouillement, un cristal photonique plaquettaire photonique plutôt exquis, les surfaces photoniques sont modelées avec une lithographie nano-empreinte et fabriquées comme des encres transférables sur un substrat donneur. Une fois l’encre entièrement préparée, la plaquette à cristaux photoniques est transférée sur quatre anneaux de silicium de 50 microns d’épaisseur, formant une configuration semblable à celle d’une table. Voici des exemples de micro-maçonnerie adoptée pour assembler de fines pellicules d’or.

Cette image microscopique optique révèle les films d’or de 400 nanomètres d’épaisseur préparés sur un substrat donneur. Ces encres sont ensuite traitées et testées pour transférer l’impression sur une surface dorée ainsi que sur une surface en silicone. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’assembler des microstructures à l’aide du micro-maçon D et vous devriez être en mesure d’appliquer cette technique à la construction de structures de micro-dispositifs tridimensionnels plus attrayantes.

Une fois maîtrisée, cette technique devrait réduire le temps de fabrication global grâce à son caractère de processus parallèle par rapport à d’autres micro-procédés de fabrication séquentiels. Nous tenons à remercier New Mattered et le professeur Ferreira pour leur aide dans les processus d’impression par transfert automatisé et Mickey Dki pour son aide dans la salle blanche MNMS de l’UIUC.