Микро-кладки для 3D аддитивного Micromanufacturing

Целью данной процедуры является демонстрация микросборки на основе трансферной печати, называемой микрокладкой, для трехмерного аддитивного микропроизводства. Это достигается путем предварительной подготовки кремниевых или золотых микрообъектов, называемых чернилами, на донорских подложках, так что они подвешиваются на узорчатых подложках фоторезиста. Второй шаг заключается в том, чтобы точно выровнять эластомерный штамп с микронаконечником на чернилах и приложить к штампу предварительную нагрузку заданного усилия для формирования контактной зоны клея.

В промежутке между ними штамп быстро втягивается, чтобы извлечь чернила. Затем штамп и извлеченные чернила переносятся на подложку приемника, где чернила аккуратно печатаются на целевой области. При небольшой предварительной загрузке штамп затем медленно втягивается, оставляя чернила на подложке приемника.

Заключительным этапом является быстрая термическая обработка подложки приемника для прочного склеивания печатной краски и подложки. В конечном счете, эта процедура трансферной печати повторяется до тех пор, пока не будет завершена желаемая 3D-микроструктура. В этом случае микрочайник изготавливается исключительно с помощью микрокладки, чтобы продемонстрировать его возможности.

Основное преимущество этой техники микрокладки по сравнению с обычным монолитным микропроизводством заключается в том, что она может создавать гетерогенные трехмерные микроструктуры очень простым способом, когда дети играют с Lego, чего в противном случае было бы очень сложно достичь. Визуальная демонстрация метода очень важна из-за его параллельных шагов. Визуальное наблюдение за этой техникой должно прояснить любые неясности, которые могут возникнуть у зрителя для начала этой процедуры.

Спроектируйте три маски для изготовления красок на донорской основе. Как подробно описано в текстовом протоколе, на пластине SOI с трехмикронным слоем устройства и одномикронным слоем оксида коробки фоторезистом AZ 5 2 14 при 3000 об/мин в течение 30 секунд. Для достижения толщины фоторезиста в 1,5 микрона нагрейте пластину на нагревательной пластине при температуре 110 градусов Цельсия в течение одной минуты, а с помощью выравнивателя маски экспонируйте с помощью маски один и проявите с помощью проявителя MIF 3 2 7 с использованием реактивного шаблона инструмента травления IN.

На устройстве слой пластины SOI снимаем фоторезист с маски. После этого шага на вытравленной области обнажается слой оксида коробки. Далее отжим фоторезисторы перед этим и смоделируй с маской два.

Затем нагрейте пластину до 125 градусов Цельсия в течение 90 секунд На горячей плите погрузите пластину в 49% фтористый водород на 50 секунд, чтобы протравить обнаженный слой оксида коробки. После полного высыхания удалите маскирующее фото, снова защитите от отжима и выкройте с помощью маски три. Затем нагрейте до 125 градусов Цельсия на горячей плите.

Через 90 секунд погрузите пластину в 49% фтористый водород на 50 минут. На этом этапе происходит протравливание слоя оксида коробки, оставшегося под слоем силикона модельного устройства, в результате чего образуется взвешенный кремний. Отдельные единицы на фоторезисте.

Следующим шагом является изготовление формы для штампа с микронаконечником и дублирование штампа с микронаконечником, как описано в текстовом протоколе. Чтобы начать процесс печати, поместите донорскую подложку на моторизованные, вращающиеся и двухкоординатные столики, оснащенные микроскопом. Затем прикрепите штамп с микронаконечником к независимому вертикальному поступательному столику.

После загрузки донорской подложки и штампа с микронаконечником выполните моторизованные этапы трансляции под микроскопом. Совместите штамп с микронаконечником с силиконовыми чернилами на донорской подложке, используя поступательные и вращательные этапы. После этого опустите штамп микронаконечника вниз, чтобы зафиксировать контакт.

Медленно опустите штамп микронаконечника еще ниже после первоначального контакта, чтобы маленькие наконечники были полностью свернуты и вся поверхность соприкасалась с силиконовыми чернилами на донорской подложке. Далее быстро поднимите Z-ступень, сломав анкеры из-за большой площади контакта между штампом микрочипа и кремниевыми чернилами. Чтобы извлечь кремниевые чернила из донорской подложки и прикрепить их к штампу микронаконечника, поместите подложку приемника на столик для преобразования XY и выровняйте извлеченные кремниевые чернила под штампом микронаконечника в нужном месте для отправки Z-ступени до тех пор, пока извлеченные кремниевые чернила едва соприкоснутся с подложкой приемника.

После контакта медленно поднимите Z-ступень, чтобы выпустить кремниевые чернила, печатая их на нужном месте. Следующая программа, быстрая термическая, коленопреклоненная печь для циклического перехода от комнатной температуры до 950 градусов Цельсия за 90 секунд. Оставайтесь при температуре 950 градусов Цельсия в течение 10 минут, а затем охладите до комнатной температуры.

Поместите напечатанную подложку приемника в печь в среду окружающего воздуха и встаньте на колени при температуре 950 градусов Цельсия на 10 минут для соединения кремния и кремния. Чтобы продемонстрировать свои возможности, микрочайник изготавливается исключительно с помощью микрокладки. На этом оптическом микроскопическом изображении видны искусственные силиконовые чернила на донорской подложке.

Разработанные чернила представляют собой диски разных размеров, изготовленные из монокристаллического кремния, которые являются строительными блоками микрочайника. После того, как донорская подложка подготовлена независимо, диски перепечатываются на подложку приемника и слой за слоем сгибаются с помощью штампа с микронаконечником. Внутренняя часть микрочайника полая, что видно по каждому собранному диску.

Деликатность переработки микрокаменщика также проверяется с помощью трансферной печати и коленопреклонения, довольно изысканных фотонных кристаллических пластинчатых фотонных поверхностей с нанесением наноотпечатков литографии и выполнением в виде переносных чернил на донорской подложке. После того, как чернила полностью готовы, фотонный кристаллический пластинчатый диск переносится на четыре кремниевых кольца толщиной 50 микрон, образуя конфигурацию, похожую на таблицу, показанную на рисунке. Вот примеры микрокладки, применяемой для сборки тонких золотых пленок.

На этом оптическом микроскопическом изображении видны подготовленные пленки золота толщиной 400 нанометров на донорской подложке. Эти чернила подвергаются дальнейшей обработке и испытаниям для переноса отпечатка как на золотую поверхность, так и на кремниевую поверхность. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как собирать микроструктуры с помощью микрокаменщика D, и вы должны быть в состоянии применить эту технику для создания более привлекательных трехмерных структур микроустройств.

После освоения эта технология должна сократить общее время изготовления благодаря своему параллельному характеру по сравнению с другими последовательными микропроизводственными процессами. Мы хотели бы поблагодарить New Mattered и профессора Феррейру за их помощь в автоматизированных процессах трансферной печати, а также Микки Дки за помощь в чистой комнате MNMS в UIUC.