방법 논문

3D 첨가제 Micromanufacturing에 대한 마이크로 벽돌

DOI:

10.3791/51974

⸱

2014년 8월 1일

 , 
1Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign

이 논문에서

요약

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이 논문은 미세 전자 기계 시스템 (MEMS) 구조 및 장치의 유연한 제작을위한 3D 첨가제 micromanufacturing 전략 (라고 '마이크로 벽돌')을 소개합니다. 이 접근법은 급속 열 어닐링 사용 재료 본딩 기술과 함께 마이크로 / 나노 스케일 물질의 전사 인쇄 기반 어셈블리를 포함한다.

초록

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전사 인쇄는 이들이 탄성 스탬프를 이용하여 서로 다른 기판에 생성되는 기판으로부터 (본원에서 '잉크'라고 함) 솔리드 마이크로 / 나노 재료를 전송하는 방법이다. 전사 인쇄는 유연하고 신축성 태양 전지와 LED 배열과 같은 최근의 진보 된 장치에서 발견되는 전례 구조 나 기능적인 시스템을 조작하는 이종 재료의 통합을 가능하게한다. 전사 인쇄 재료 조립 기능에 고유의 기능을 발휘하는 동안, 같은 인쇄 공정 향상을위한 기판에 자기 조립 단분자막 (SAM)의 증착 등의 접착제 층의 사용 또는 표면 개질은 미세 전자 기계 시스템의 마이크로 어셈블리 (MEMS) 구조의 넓은 적응을 방해 및 장치. 이러한 단점을 극복하기 위해, 우리는 결정 성 전적으로 표면 접촉 면적을 제어하는​​ 마이크로 통해 개별 개체를 조립 전사 인쇄의 고급 모드를 개발어떤 표면 변경없이. 접착제 층 또는 다른 변형 및 후속 물질 본딩 공정의 부재뿐만 아니라 기계적 본딩을 보장하지만, 더 특이한 MEMS 디바이스 구축에 적응 다양한 애플리케이션을 열어 조립 물질 사이 또한 열적 및 전기적 접속.

서론

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이러한 큰 규모의 일반 3D 기계의 소형화 등의 미세 전자 기계 시스템 (MEMS)은, 성능 향상 및 제조 비용 절감 1,2를 제공하여 현대 기술의 발전을 위해 필수적이다. 그러나, MEMS의 기술적 진보의 속도는 현재 제조 기술 3-6 연속 혁신없이 유지 될 수 없다. 일반적인 모노 리식 미세는 주로 집적 회로 (IC)의 제조를 위해 개발 된 계층 별 프로세스에 의존한다. 이 방법은 고성능 MEMS 디바이스의 대량 생산을 가능하게에서 매우 성공적이었다. 그러나, 때문에 그것의 복잡한 계층 별 및 전기 감산 자연, 다양 모양의 3D MEMS 구조 및 장치의 제조, macroworld 쉬운,이 모 놀리 식 미세을 사용하여 달성하기 매우 어려운된다. 이하 공정의 복잡성과보다 유연한 3 차원 미세 가공을 가능하게하기 위해, 우리는 WCDMA 단말기를 개발,급속 열 어닐링을 사용 재료 본딩 기술과 함께 마이크로 / 나노 재료의 전사 인쇄 기반 어셈블리를 포함 3D 첨가제 micromanufacturing 전략 (칭했다 '마이크로 / 나노 석공') loped.

전사 인쇄는 그들이 엘라스토머 스탬프 제어 건식 접착을 이용하여 생성하거나 다른 기판에 성장되는 기판으로부터 마이크로 고체 물질 ....

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프로토콜

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도너 기판의 제조 1. 디자인 마스크

  1. 원하는 형상을 가진 마스크​​를 디자인합니다. 100 μm의 × 100 μm의 사각 실리콘 개별 유닛을 조작 100 μm의 × 100 μm의 사각형의 배열을 그립니다.
  2. 각 측이 추가로 15 μm의를 연장으로, 동일한 형상과 두 번째 마스크를 디자인합니다. 100 μm의 × 100 μm의 제곱의 배열의 경우, 단계 1.1에서 사각형을 커버 할 수있는 130 μm의 X 130 μm의 사각형의 배열을 그립니다.
  3. 앵커 형상을 디자인합니다. 네 20 μm의 × 40 μm의 직사각형, 정사각형의 한 가장자리를 중심으로 각을 그립니다. 처음 15 μm의 단계 1.1 × 100 μm의 광장 원래 100 μm의를 설명하고 있습니다 (그림 2 참조) 나머지 25 μm의 바깥쪽으로 나오도록 구조를 놓습니다.
    NOTE : 임의의 형상 및 치수는 앵커 콘택트 패터닝 재료와 기판 둘만큼 사용될 수있다. 이 앵커의 일단은 원점을 커버단계 1.1과 다른 쪽 끝을 알 형상 단계 1.2 형상을 확장해야합니다.

2. 검색 가능한 도너 기판을 준비

  1. 1 μM의 1-20 Ω의 • cm의 박스 및 산화막 두께의 시트....

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결과

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마이크로 벽돌 모 놀리 식 미세 공정에 의해 달성하는 것은 매우 어렵거나 불가능하다 MEMS 구조를 생성하는 이종 재료의 통합을 가능하게한다. 그 능력을 발휘하기 위하여, (a '마이크로 주전자'라고도 함) 구조.도 4a는 도너 기판 상에 제조시 잉크의 광학 현미경 이미지는 오직 마이크로 벽돌을 통해 제조된다. 디자인 잉크는 마이크로 주전자의 빌딩 블록입니다 단결정 실리콘으로 다른 차원의 디스크입니다. 도너 기판을 독립적으로 제조되면, 디스크는 리시버 기판 및도 4b에 도시 된 바와 같이 마이크로 팁 스탬프를 이용하여 계층 별 어닐링 층상에 인쇄 된 전사이다. 마이크로 주전자의 내측 영역은 각각의 조립 된 디스크로부터 알 수있는 바와 같이 중공이다. 또한, 마이크로 벽돌 프로세스의 가녀 리고도 전사 인쇄와 다소 절묘한 사 ž 어닐링에 따라 시험 할 때,ONIC 결정 혈소판 (그림 4C-E). 광 표면이 먼저 나노 임프린트 리소그래피로 패.......

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토론

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도 4에 제시된 마이크로 벽돌은, 소재 본딩 공정에서 실리콘 융착을 포함한다. 실리콘 융착은 급속 가열로 중에 시료를 삽입 (RTA 퍼니스)와 10 분 동안 950 ° C에서 시료를 가열함으로써 달성된다. Si 및 실리콘 - - SiO2로 본딩 10,11이 어닐 조건은 모두 채용 할시 사이이다. 대안으로,도 5c에서 볼 수있는 실리콘 스트립과 결합의 Au가 공융 본딩을 채용하고 있으므로, 접합 온도는 30 분에 대한 8시 - 오 공융 온도 (363 ° C)의 주위이다. 공융 본딩을 보장하기 위해, 종래의 Si 스트립의 Au 잉크를 인쇄하는, 실리콘 스트립 철저 등의 Au 및 Si의 계면에서의 자연 산화물과 같은 임의의 불순물을 방지하기 위하여 49 % HF로 정화 할 필요가있다. 마이크로 벽돌과 금 영화를 조립 할 수 있다는 것은 상당히 마이크로 벽돌 제조 방식 SINC의 넓은 적응을 향상전자는 재료의 금속 .......

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공개 사항

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저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

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이 작업은 NSF(CMMI-1351370)의 지원을 받았습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Az 5214Clariant1.5mm 두께의 포토레지스트
Su8-100Microchem100mm 몰드에 사용되는 포토레지스트
Sylgard 184Dow CorningPDMS 스탬프 제조에
화 수소산HoneywellAcid를 에칭 실리콘 산화물 층 실리콘
절연체Ultrasil공여체 기판은 날조된
Trichlorosilane시그마 Aldrich형에서 PDMS의 벗겨지는 것을 돕기 위하여 이용되는 화학물질
혼합 불

참고문헌

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  1. Stix, G. Toward “Point one. Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).
  2. Appenzeler, T. The Man Who Dared to Think Small. Science. 254, 1300-1301 (1991).
  3. Madou, M. J. Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2002).
  4. Xia, Y., Whitesides, G. M.

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