Name: Mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-08-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Poznaj mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D dla systemów MEMS przy użyciu druku transferowego i szybkiego wygrzewania termicznego. Ta metoda umożliwia precyzyjną produkcję mikrostruktur.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez NSF (CMMI-1351370).

1. Zaprojektuj maski do produkcji substratu dawcy
<ol>
	<li>Zaprojektuj maskę o pożądanej geometrii. Aby wytworzyć pojedyncze jednostki krzemu kwadratowego o wymiarach 100 μm x 100 μm, narysuj tablicę kwadratów o wymiarach 100 μm x 100 μm.</li>
	<li>Zaprojektuj drugą maskę o identycznej geometrii, z każdą stroną wystającą na dodatkowe 15 μm. W przypadku tablicy kwadratów 100 μm x 100 μm narysuj tablicę kwadratów o wymiarach 130 μm x 130 μm, które mogą pokryć kwadraty w kroku 1.1.</li>
	<li>Projektowanie geometrii kotwy. Narysuj cztery prostokąty o wymiarach 20 μm x 40 μm, każdy wyśrodkowany wzdłuż jednej krawędzi kwadratu. Umieść struktury tak, aby pierwsze 15 μm pokrywało się z pierwotnym kwadratem 100 μm x 100 μm w kroku 1.1, a pozostałe 25 μm wychodziło na zewnątrz (jak pokazano na rysunku 2). 
	UWAGA: Można zastosować dowolny kształt i wymiary, o ile kotwa styka się zarówno z wzorzystym materiałem, jak i z podłożem. Jeden koniec tej kotwy zakrywa oryginalną geometrię w kroku 1.1, a drugi koniec powinien wychodzić poza geometrię w kroku 1.2.</li>
</ol>
2. Przygotuj substrat dawcy do pobrania
<ol>
	<li>Przygotować wafel krzemowy z domieszką typu p na izolatorze (SOI) o grubości warstwy urządzenia 3 μm, o rezystancji arkusza 1-20 Ω•cm i grubości warstwy tlenku pudełka 1 μm. UWAGA: Dla różnych zastosowań parametry te można zmienić.</li>
	<li>Odkręć fotokursor (AZ5214, 3,000 obr./min przez 30 sekund, grubość 1,5 μm) i przymocuj maskę zaprojektowaną w kroku 1.1.</li>
	<li>Za pomocą przyrządu do reaktywnego trawienia jonowego (RIE) narysuj warstwę urządzenia na płytce SOI i usuń maskę fotorezystu. Po tym kroku wytrawiony obszar RIE odsłonił warstwę tlenku pudełka (rysunek 2A).</li>
	<li>Fotozystuł z powłoką wirową (AZ5214, 3 000 obr./min przez 30 sekund, grubość 1,5 μm) i wzór z maską zaprojektowaną w kroku 1.2.</li>
	<li>Podgrzej wafel w temperaturze 125 °C przez 90 sekund na gorącej płycie.</li>
	<li>Zanurz wafel w 49% HF na 50 sekund, aby wytrawić odsłoniętą warstwę tlenku pudełka z kroku 2.3. Po całkowitym wyschnięciu usuń fotorezyst maskujący (Rysunek 2B).</li>
	<li>Odwiruj powłokę (AZ5214, 3 000 obr./min przez 30 sekund, grubość 1,5 μm) i ułóż wzór kotwienia z kroku 1.3.</li>
	<li>Podgrzej wafel w temperaturze 125 °C przez 90 sekund na gorącej płycie.</li>
	<li>Zanurz się w 49% HF na 50 min. Ten etap wytrawia warstwę tlenku pudełka pozostałą pod pozostałą warstwą krzemu z wzorem urządzenia, w wyniku czego na fotorezyście powstają zawieszone pojedyncze jednostki krzemu (rysunek 2C).</li>
</ol>
3. Zaprojektuj maski na stempel z mikrokońcówką
<ol>
	<li>Zaprojektuj maskę z pojedynczym kwadratem o wymiarach 100 μm x 100 μm.</li>
	<li>Zaprojektuj maskę z wieloma kwadratami o wymiarach 12 μm x 12 μm w obszarze 100 μm x 100 μm.</li>
</ol>
4. Zrób formę na stempel z mikrokońcówką
<ol>
	<li>Oczyść płytkę krzemową o orientacji krystalicznej <1-0-0>, nałóż 100 nm azotku krzemu za pomocą sprzętu do plazmowego osadzania chemicznego z fazy gazowej (PECVD).</li>
	<li>Fotorezystor z powłoką wirową (AZ5214, 3 000 obr./min przez 30 sekund, grubość 1,5 μm) i wzór z maską zaprojektowany w kroku 3.2.</li>
	<li>Uformuj warstwę azotku krzemu za pomocą buforowanego wytrawiacza tlenkowego 10:1 (BOE).</li>
	<li>Rozpuścić 80 g wodorotlenku potasu (KOH) w 170 ml mieszaniny wody dejonizowanej i 40 ml mieszaniny alkoholu izopropylowego (IPA) w zlewce.</li>
	<li>Podgrzej mieszaninę KOH, IPA i wody w temperaturze 80 °C na płycie grzejnej.</li>
	<li>Przygotowany wafel umieścić pionowo w zlewce z mieszaniną KOH, aby wytrawić odsłonięty krzem w strukturze krystalicznej (szybkość trawienia wynosi około 1 μm/min).</li>
	<li>Po całkowitym wytrawieniu odsłoniętego krzemu wyjmij płytkę z mieszaniny KOH, wytraw azotek krzemu za pomocą HF i wykonaj czyszczenie RCA 1 i RCA 2 (Rysunek 3A).</li>
	<li>Odwiruj warstwę z SU-8 100 i ułóż wzór z przygotowaną maską z kroku 3.1 według następującego przepisu: 3 000 obr./min przez 1 min, miękkie pieczenie w temperaturze 65 °C przez 10 min i 95 °C przez 30 min, naświetlanie w 550 mJ/cm2 i pieczenie w temperaturze 65 °C przez 1 min i 95 °C przez 10 min (Rysunek 3B).</li>
	<li>Po całkowitym utwardzeniu SU-8 100 nałożyć monowarstwę (tridekafluoro-1,1,2,3-tetrahydrooktylo)-1-trichlorosilanu, wrzucając 3-5 kropli (tridekafluoro-1,1,2,3-tetrahydrooktylo)-1-trichlorosilanu do słoika próżniowego i umieszczając wafel w słoiku i stosując próżnię.</li>
</ol>
5. Powielanie stempla mikrokońcówki za pomocą formy
<ol>
	<li>Wymieszać bazę polidimetylosiloksanu (PDMS) i utwardzacz w stosunku 5:1.</li>
	<li>Odgazuj mieszaninę, umieszczając ją w słoiku próżniowym.</li>
	<li>Wlej niewielką porcję odgazowanej mieszaniny PDMS na formę i pozwól PDMS ponownie rozpłynąć, aby uzyskać płaską górną powierzchnię (Rysunek 3C).</li>
	<li>Umieść formę z PDMS w piekarniku w temperaturze 70 °C na 2 godziny, aby w pełni utwardzić PDMS.</li>
	<li>Wyjmij formę z piekarnika i oderwij PDMS (Rysunek 3D).</li>
</ol>
6. Pobierz atrament z podłoża dawcy i wydrukuj na obszarze docelowym
<ol>
	<li>Umieść substrat donorowy na zmotoryzowanych stolikach rotacyjnych i translacyjnych x,y, wyposażonych w mikroskop.</li>
	<li>Przymocuj stempel z mikrokońcówką do niezależnego pionowego stolika translacyjnego.</li>
	<li>Pod mikroskopem wyrównaj stempel z mikrokońcówki z tuszem Si na podłożu dawcy za pomocą etapów translacyjnych i rotacyjnych. Ponadto wykonaj wyrównanie nachylenia między powierzchnią mikrokońcówki a atramentem Si, regulując stopień przechylania. Następnie przyłóż stempel mikrokońcówki w dół, aby nawiązać kontakt.</li>
	<li>Powoli doprowadź stempel mikrokońcówki dalej w dół po pierwszym kontakcie, tak aby małe końcówki były całkowicie złożone, a cała powierzchnia stykała się z tuszem Si na podłożu dawcy.</li>
	<li>Szybko podnieś stolik z, łamiąc kotwice ze względu na dużą powierzchnię styku między stemplem z mikrokońcówką a atramentem Si, aby pobrać atrament Si z podłoża dawcy i przymocować go do stempla z mikrokońcówki. 
	UWAGA: Gdy stempel z mikrokońcówką jest wolny od wszelkich naprężeń, ściśnięta mikrokońcówka powraca do swojego pierwotnego kształtu piramidy, zapewniając minimalny kontakt z pobranym atramentem Si.</li>
	<li>Umieść podłoże odbiornika na stoliku translacyjnym x,y i wyrównaj pobrany atrament Si pod stemplem mikrokońcówki w żądanym miejscu.</li>
	<li>Zejdź ze stolika z, aż odzyskany atrament Si ledwo zetknie się z podłożem odbiornika.</li>
	<li>Po nawiązaniu kontaktu powoli podnieś stolik z, aby uwolnić atrament Si, drukując go w żądanym miejscu.</li>
</ol>
7. Proces klejenia
<ol>
	<li>Zaprogramuj piec do szybkiego wyżarzania termicznego tak, aby przełączał się od RT do 950 °C w 90 sekund, pozostawał w temperaturze 950 °C przez 10 minut i schładzał do RT (poprzez usunięcie dopływu ciepła do pieca).</li>
	<li>Umieść wydrukowane podłoże odbiorcze w piecu w środowisku otaczającego powietrza i wyżarzaj w temperaturze 950 °C przez 10 minut w przypadku klejenia Si-Si lub w temperaturze 360 °C przez 30 minut w przypadku klejenia Si-Au.</li>
</ol>

<ol><li>Stix, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+%E2%80%9CPoint+one%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Am.+Feb%22%5BJournal%5D)">Toward “Point one.</a> Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).</li>
<li>Appenzeler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Man+Who+Dared+to+Think+Small%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The Man Who Dared to Think Small.</a> Science. 254, 1300-1301 (1991).</li>
<li>Madou, M. J. Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2002).</li>
<li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+Lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Soft Lithography.</a> Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).</li>
<li>Judy, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microelectromechanical+systems+%28MEMS%29+fabrication%2C+design+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Smart+Mater+Struct%22%5BJournal%5D)">Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications.</a> Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).</li>
<li>Jain, V. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJain%2C+VK+%22Micromanufacturing+Process%22">Micromanufacturing Process</a>. , CRC Press. (2012).</li>
<li>Keum, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+micro-masonry+using+elastomeric+stamps+for+three-dimensional+microfabrication%5BTitle%5D)+AND+%22J+Micromech+Microeng%22%5BJournal%5D)">Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication.</a> J Micromech Microeng. 22, 55018(2012).</li>
<li>Keum, H., Chung, H., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+Contact+at+The+Interface+between+Silicon+and+Transfer-Printed+Gold+Films+by+Eutectic+Joining%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061(2013).</li>
<li>Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrostatically+Driven+Collapsible+Au+Thin+Films+Assembled+Using+Transfer+Printing+for+Thermal+Switching%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching.</a> Appl Phys Lett. 100, 211904(2012).</li>
<li>Klaassen, E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+fusion+bonding+and+deep+reactive+ion+etching%3A+a+new+technology+for+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators+A%22%5BJournal%5D)">Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures.</a> Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).</li>
<li>Barth, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+fusion+bonding+for+fabrication+of+sensors+actuators+and+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators%22%5BJournal%5D)">Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures.</a> Sens Actuators. A21 - A23, 919-926 (1990).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Mikromurarstwo, przedstawione na rysunku 4, polega na łączeniu krzemu w etapie łączenia materiału. Wiązanie krzemowe uzyskuje się poprzez umieszczenie próbki w piecu do szybkiego wyżarzania termicznego (piec RTA) i ogrzewanie próbki w temperaturze 950 °C przez 10 minut. Ten warunek wyżarzania można przyjąć zarówno między wiązaniem Si – Si i Si – SiO2 10,11. Alternatywnie, Au połączone taśmą Si, jak pokazano na rysunku 5C, przyjmuje wiązanie eutektyczne, a zatem temp...

Systemy mikroelektromechaniczne (MEMS), takie jak miniaturyzacja zwykłych maszyn 3D na dużą skalę, są niezbędne do rozwoju nowoczesnych technologii, zapewniając poprawę wydajności i redukcję kosztów produkcji1,2. Nie da się jednak utrzymać obecnego tempa postępu technologicznego w MEMS bez ciągłych innowacji w technologiach wytwarzania3-6. Powszechna monolityczna mikrofabrykacja opiera się przede wszystkim na procesach warstwa po warstwie opracowanych do produkcji układów scalonych (IC). Metoda ta okazała się dość skuteczna w umożliwieniu masowej produkcji wysokowydajnych urządzeń MEMS. Jednak ze względu na złożoną warstwę po warstwie i elektrochemicznie subtraktywną naturę, produkcja różnorodnie ukształtowanych struktur i urządzeń 3D MEMS, choć łatwa w makroświecie, jest bardzo trudna do osiągnięcia przy użyciu tej monolitycznej mikrofabrykacji. Aby umożliwić bardziej elastyczną mikroprodukcję 3D przy mniejszej złożoności procesu, opracowaliśmy strategię mikroprodukcji addytywnej 3D (określaną jako "mikro/nanomurarstwo"), która obejmuje montaż materiałów w mikro/nanoskali oparty na druku transferowym w połączeniu z technikami szybkiego łączenia materiałów umożliwiającymi wyżarzanie termiczne.
Druk transferowy to metoda przenoszenia stałych materiałów mikroskalowych (tj. 'stałych tuszy') z podłoża, na którym są one generowane lub hodowane na inne podłoże, za pomocą kontrolowanej suchej przyczepności stempli elastomerowych. Typowa procedura mikromurowania rozpoczyna się od druku transferowego. Prefabrykowane farby stałe są drukowane transferowo za pomocą stempla z mikrokońcówką, który jest zaawansowaną formą stempli elastomerowych, a drukowane struktury są następnie wyżarzane przy użyciu szybkiego wyżarzania termicznego (RTA) w celu zwiększenia przyczepności atrament-tusz i atrament-podłoże. Takie podejście do produkcji umożliwia konstruowanie nietypowych struktur i urządzeń w mikroskali, których nie można dostosować przy użyciu innych istniejących metod7.
Mikromurarstwo zapewnia kilka atrakcyjnych funkcji, których nie ma w innych metodach: (a) możliwość integracji funkcjonalnych i strukturalnych stałych farb z różnych materiałów w celu montażu czujników i siłowników MEMS zintegrowanych w strukturze 3D; b) interfejsy połączonych stałych farb drukarskich mogą funkcjonować jako styki elektryczne i termiczne9,10; (c) rozdzielczość przestrzenna montażu może być wysoka (~1 μm) dzięki wykorzystaniu wysoce skalowalnych i dobrze poznanych procesów litograficznych do generowania stałych farb drukarskich i wysoce precyzyjnych stolików mechanicznych do druku transferowego7; oraz (d) funkcjonalne i strukturalne atramenty stałe można integrować zarówno na sztywnych, jak i elastycznych podłożach w geometriach płaskich lub krzywoliniowych.

<table><tbody><tr><td>Az 5214</td><td>Clariant</td><td></td><td>o grubości 1,5 mm Photoresist</td></tr><tr><td>Su8-100</td><td>Microchem</td><td></td><td>100 mm Photoresist stosowany w formie</td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS zmieszany do produkcji stempla</td></tr><tr><td>Kwas fluorowodorowy</td><td>Honeywell</td><td></td><td>Kwas do wytrawiania warstwy tlenku krzemu</td></tr><tr><td>Krzem na izolatorze</td><td>Ultrasil</td><td></td><td>Donor substrate był wyprodukowany</td></tr><tr><td>Trichlorosilan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>Chemical używany do usuwania PDMS z pleśni</td></tr></tbody></table>

mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3d

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Druk transferowy to metoda przenoszenia stałych materiałów w mikro/nanoskali (zwanych dalej 'tuszami') z podłoża, gdzie są one generowane, na inne podłoże za pomocą stempli elastomerowych. Druk transferowy umożliwia integrację niejednorodnych materiałów w celu wytworzenia nietypowych struktur lub systemów funkcjonalnych, które można znaleźć w najnowszych zaawansowanych urządzeniach, takich jak elastyczne i rozciągliwe ogniwa słoneczne i matryce LED. Podczas gdy druk transferowy wykazuje unikalne cechy w zakresie możliwości montażu materiałów, zastosowanie warstw kleju lub modyfikacji powierzchni, takich jak osadzanie samoorganizującej się monowarstwy (SAM) na podłożach w celu usprawnienia procesów drukowania, utrudnia jej szeroką adaptację w mikromontażu struktur i urządzeń systemów mikroelektromechanicznych (MEMS). Aby przezwyciężyć tę wadę, opracowaliśmy zaawansowany tryb druku transferowego, który deterministycznie składa poszczególne obiekty w mikroskali wyłącznie poprzez kontrolowanie powierzchni styku bez żadnych zmian powierzchni. Brak warstwy kleju lub innej modyfikacji oraz późniejsze procesy łączenia materiałów zapewniają nie tylko wiązanie mechaniczne, ale także połączenie termiczne i elektryczne między montowanymi materiałami, co dodatkowo otwiera różne zastosowania w adaptacji w budowie nietypowych urządzeń MEMS.

Mikromurarka (micro-masonry) umożliwia integrację heterogenicznych materiałów w celu tworzenia struktur MEMS, które są bardzo trudne lub niemożliwe do uzyskania za pomocą monolitycznych procesów mikrowytwarzania. Aby zademonstrować te możliwości, struktura (nazwana „mikroimbrykiem”) została wykonana wyłącznie metodą mikromurarki. Rysunek 4A przedstawia obraz z mikroskopu optycznego wykonanych tuszy krzemowych (Si) na podłożu donora. Zaprojektowane tusze to dyski o różnych wymiarach wykonane z monokrystal...

Ten artykuł przedstawia strategię mikroprodukcji 3D addytywnej (określanej jako 'mikromurarstwo') do elastycznego wytwarzania struktur i urządzeń systemów mikroelektromechanicznych (MEMS). Podejście to obejmuje montaż materiałów w mikro i nanoskali w oparciu o druk transferowy w połączeniu z technikami szybkiego łączenia materiałów z wykorzystaniem wyżarzania termicznego.

Mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Celem tej procedury jest zademonstrowanie mikromontażu opartego na druku transferowym, zwanego mikromurem do trójwymiarowej mikroprodukcji addytywnej. Osiąga się to poprzez przygotowanie najpierw krzemowych lub złotych mikroobiektów zwanych atramentami na podłożach donorowych, tak aby były one zawieszone na wzorzystych wspornikach fotoresistu. Drugim krokiem jest precyzyjne wyrównanie elastomerowej stempla z mikrokońcówką na tuszu i przyłożenie wstępnie zdefiniowanej siły do stempla w celu utworzenia powierzchni styku kleju.W międzyczasie stempel szybko się cofa w celu odzyskania atramentu. Następnie stempel i pobrany atrament są przenoszone na podłoże odbiorcze, gdzie tusz jest delikatnie drukowany na obszarze docelowym. Przy niewielkim obciążeniu wstępnym stempel jest następnie powoli wycofywany, pozostawiając atrament na podłożu odbiornika.Ostatnim krokiem jest szybkie termiczne wygięcie podłoża odbiornika w celu trwałego związania drukowanej farby drukowanej z podłożem. Ostatecznie ta procedura druku transferowego jest powtarzana, aż do uzyskania pożądanej mikrostruktury 3D. W tym przypadku mikro dzbanek do herbaty jest wytwarzany wyłącznie za pomocą mikro muru, aby zademonstrować jego możliwości.Główną zaletą tej techniki mikromurowania w porównaniu z konwencjonalną monolityczną mikrofabrykacją jest to, że może ona tworzyć heterogeniczne trójwymiarowe mikrostruktury w bardzo prosty sposób, gdy dzieci bawią się klockami Lego, co w przeciwnym razie byłoby bardzo trudne do osiągnięcia. Wizualna demonstracja metody jest bardzo ważna ze względu na jej równoległe kroki. Wizualna obserwacja tej techniki powinna wyjaśnić wszelkie niejasności, które widzowie mogą mieć Aby rozpocząć tę procedurę.Zaprojektuj trzy maski do wytwarzania farb na podłożu dawcy. Jak wyszczególniono w protokole tekstowym: Na płytce SOI z warstwą urządzenia o grubości trzech mikronów i warstwą tlenku o grubości jednego mikrona, fotoresist powłoki wirowej AZ 5, 2, 14 przy 3000 obr./min przez 30 sekund. Aby uzyskać grubość fotoodporności 1,5 mikrona, podgrzej wafel na płycie grzejnej o temperaturze 110 stopni Celsjusza przez jedną minutę, a następnie za pomocą wyrównywacza maski naświetl za pomocą maski pierwszej i wywołaj za pomocą wywoływacza MIF 3 2 7 przy użyciu reaktywnego wzoru instrumentu do trawienia IN.Warstwę urządzenia z płytki SOI i usuń maskę fotorezystancyjną. Po tym kroku wytrawiony obszar odsłonił warstwę tlenku pudełka. Następnie zakręć rezystory fotograficzne przed i wzoruj maskę drugą.Następnie podgrzej wafel w temperaturze 125 stopni Celsjusza przez 90 sekund Na gorącej płycie zanurz wafel w 49% fluorowodorze na 50 sekund, aby wytrawić odsłoniętą warstwę tlenku pudełka. Po całkowitym wyschnięciu usuń zdjęcie maskujące, ponownie oprzyj się wirowaniu i wzoruj się maską trzecią. Następnie podgrzej wafel w temperaturze 125 stopni Celsjusza na gorącej płycie.Po 90 sekundach zanurz wafel w 49% fluorowodorze na 50 minut. Ten krok wytrawia warstwę tlenku pudełka pozostałą pod warstwą urządzenia wzorcowego krzemu, w wyniku czego powstaje zawieszony krzem. Poszczególne jednostki na zdjęciu rezystancji.Kolejnym krokiem jest wykonanie formy do stempla z mikro końcówką i zduplikowanie stempla z mikro końcówki zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Aby rozpocząć proces drukowania, należy umieścić substrat dawcy na zmotoryzowanych, rotacyjnych i XY stolikach translacyjnych wyposażonych w mikroskop. Następnie przymocuj stempel z mikrokońcówką do niezależnego pionowego stolika translacyjnego.Po załadowaniu substratu dawcy i stempla mikrokońcówki uruchom zmotoryzowane etapy translacji pod mikroskopem. Dopasuj stempel mikrokońcówki do tuszu silikonowego na podłożu dawcy za pomocą etapów translacyjnych i rotacyjnych. Następnie przyłóż stempel mikrokońcówki w dół, aby nawiązać kontakt.Powoli doprowadź stempel mikrokońcówki jeszcze bardziej w dół po pierwszym kontakcie, tak aby małe końcówki były całkowicie złożone, a cała powierzchnia stykała się z tuszem silikonowym na podłożu dawcy. Następnie szybko podnieś stolik Z, łamiąc kotwy ze względu na dużą powierzchnię styku między stemplem mikroczipowym a tuszem silikonowym. Aby pobrać atrament silikonowy z podłoża dawcy i przymocować go do stempla mikrokońcówki, umieść podłoże odbiornika na stoliku translacyjnym XY i wyrównaj pobrany atrament silikonowy pod stemplem mikrokońcówki w żądanym miejscu, aby wysłać stopień Z, aż odzyskany atrament silikonowy ledwo zetknie się z podłożem odbiornika.Po nawiązaniu kontaktu powoli podnieś stopień Z, aby uwolnić atrament silikonowy, drukując go w żądanym miejscu. Następny program, szybki termiczny, piec klęczący, aby przejść od temperatury pokojowej do 950 stopni Celsjusza w 90 sekund. Pozostań w temperaturze 950 stopni Celsjusza przez 10 minut, a następnie ostudź do temperatury pokojowej.Umieść wydrukowane podłoże odbiorcze pieca w otoczeniu powietrza i uklęknij w temperaturze 950 stopni Celsjusza na 10 minut, aby połączyć krzem i krzem. Aby zademonstrować swoje możliwości, mikro dzbanek do herbaty jest wytwarzany wyłącznie za pomocą mikro muru. Ten optyczny obraz mikroskopowy ujawnia sfabrykowane atramenty silikonowe na podłożu dawcy.Projektowane tusze to krążki o różnych wymiarach wykonane z krzemu monokrystalicznego, które są budulcem mikro czajnika. Po niezależnym przygotowaniu substratu dawcy, krążki są drukowane na podłożu odbiornika i klęczące warstwa po warstwie za pomocą stempla z mikrokońcówką. Wewnętrzna część mikro dzbanka do herbaty jest pusta, co widać na każdym zmontowanym dysku.Delikatność mikro procesów murarskich jest również testowana przez druk transferowy i klęczące, dość wykwintne powierzchnie fotoniczne płytek kryształu fotonicznego są wzorzyste za pomocą litografii nano imprint i wykonane jako atramenty transferowalne na podłożu dawcy. Gdy atrament jest w pełni przygotowany, fotoniczna płytka kryształu jest przenoszona na cztery pierścienie krzemowe o grubości 50 mikronów, tworząc konfigurację podobną do pokazanej na ilustracji. Oto przykłady mikromurów stosowanych do montażu cienkich folii złota.Ten optyczny obraz mikroskopowy ujawnia przygotowane warstwy złota o grubości 400 nanometrów na podłożu dawczym. Atramenty te są dalej przetwarzane i testowane w celu przeniesienia nadruku na złotą powierzchnię, a także na powierzchnię silikonową. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak montować mikrostruktury za pomocą mikro mura D i powinieneś być w stanie zastosować tę technikę do budowania bardziej atrakcyjnych trójwymiarowych struktur mikrourządzeń.Po opanowaniu, technika ta powinna skrócić całkowity czas wytwarzania dzięki jej równoległemu charakterowi procesu w porównaniu z innymi sekwencyjnymi procesami mikroprodukcji. Chcielibyśmy podziękować New Mattered i profesorowi Ferreirze za pomoc w zautomatyzowanych procesach druku transferowego oraz Mickeyowi Dki za pomoc w czystym pomieszczeniu MNMS w UIUC.

micro-masonry-for-3d-additive-micromanufacturing

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiamy dwa procesy mikrofabrykacji porowatych polimerowych chipów do trójwymiarowej hodowli komórek. Pierwszy z nich to tłoczenie na gorąco w połączeniu z procesem spawania oparami rozpuszczalnika. Drugi wykorzystuje niedawno opracowany proces mikrotermoformowania w połączeniu z technologią śladów jonowych, co prowadzi do znacznego uproszczenia produkcji.

Mikrofabrykacja rusztowań w skali chipa do trójwymiarowej hodowli komórek

Trójwymiarowe (3D) mikrostrukturalne wiązki kompozytowe są wytwarzane poprzez ukierunkowaną i zlokalizowaną infiltrację nanokompozytów do porowatych sieci mikroprzepływowych 3D. Elastyczność tej metody produkcji umożliwia wykorzystanie różnych materiałów termoutwardzalnych i nanowypełniaczy w celu uzyskania różnorodnych funkcjonalnych makroskopowych produktów nanokompozytowych wzmocnionych 3D.

Wytwarzanie trójwymiarowych mikrostrukturalnych nanokompozytów metodą infiltracji mikroprzepływowej

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania swobodnie zawieszonych, mikronowych/submikronowych włókien polimerowych i "pajęczynowych" struktur generowanych przez automatyczną procedurę bezpośredniego zapisu za pomocą 3-osiowego systemu dozowania.

Zalecany bezpośredni zapis 3D zawieszonych struktur włókien w skali mikronowej/submikronowej za pomocą zrobotyzowanego systemu dozowania

Opracowano strategię wytwarzania przyrostowego do przetwarzania hydrożeli sieciowanych UV. Strategia ta pozwala na montaż warstwa po warstwie mikroprefabrykowanych struktur hydrożelowych, a także na montaż niezależnych komponentów, co pozwala na uzyskanie zintegrowanych urządzeń zawierających ruchome elementy, które reagują na aktywację magnetyczną.

Technika wytwarzania przyrostowego do łatwego i szybkiego wytwarzania mikromaszyn na bazie hydrożelu z komponentami reagującymi magnetycznie

Przedstawiono protokół wytwarzania wkładek do formowania wtryskowego dla złożonej geometrii z mikrocechami na powierzchniach wykorzystujących Additive Manufacturing (AM).

Miękki łańcuch procesów narzędziowych do formowania wtryskowego komponentu 3D z mikrofilarami

Ten manuskrypt opisuje przetwarzanie pojedynczych wielofunkcyjnych elementów ceramicznych (np. kombinacji gęsto-porowatych struktur) wytwarzanych addytywnie metodą stereolitografii.

Wytwarzanie addytywne funkcjonalnie klasyfikowanych materiałów ceramicznych metodą stereolitografii

Ten projekt pozwala małym laboratoriom na opracowanie łatwej w użyciu platformy do produkcji precyzyjnych wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych. Platforma składa się z wydrukowanego w trzech wymiarach adaptera do ustawiania maski mikroskopowej, za pomocą którego uzyskano wielowarstwowe urządzenia mikroprzepływowe z błędami wyrównania &lt;10 μm.

Projekt i opracowanie trójwymiarowo drukowanego adaptera do wyrównywania maski mikroskopowej do wytwarzania wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych

Mikrofluidyka to potężne narzędzie do tworzenia testów diagnostycznych. Jednak często wymagany jest drogi sprzęt i materiały, a także pracochłonne techniki wytwarzania i obsługi. W tym miejscu szczegółowo opisujemy protokół wytwarzania akrylowego urządzenia mikroprzepływowego do magnetycznych testów immunologicznych opartych na mikro- i nanocząsteczkach w tanich i prostych w użyciu.

Mikromielenie mikroprzepływowe urządzenia akrylowego sterowane numerycznie z ograniczeniem naprzemiennym dla testów immunologicznych opartych na nanocząstkach magnetycznych

Ten protokół opisuje wytwarzanie wszczepialnego, zintegrowanego okna obrazowania za pomocą laserowego druku 3D. Okno składa się z systemu mikrosoczewek sprzężonych z mikrorusztowaniami. Metoda polega na polimeryzacji dwufotonowej (2PP) biokompatybilnego fotorezystu SZ2080 w ciągłej sekwencji, optymalizując wydajność produkcji i wyrównanie między różnymi komponentami.

Mikrofabrykacja wszczepialnej optyki zintegrowanej z mikrostrukturalnym oknem obrazowania w celu zaawansowanego obrazowania in vivo

Przedstawiono metodę nałożenia topografii powierzchniowej pochłaniającej światło materiałów kompozytowych polimerowych, szczególnie magnetoaktywnych elastomerów (MAE), za pomocą mikroobróbki laserowej. Ta metoda umożliwia dużą elastyczność w projektowaniu topograficznym i szybkim prototypowaniu. Przedstawiono przykład strukturyzacji powierzchni MAE, charakteryzacji oraz ich reakcji na zewnętrzne pole magnetyczne.

Mikroobróbka laserowa do projektowania topografii powierzchni polimerów

Poznaj mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D dla systemów MEMS przy użyciu druku transferowego i szybkiego wygrzewania termicznego. Ta metoda umożliwia precyzyjną produkcję mikrostruktur.

Mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D

Przeglądaj więcej filmów