Abstract
पिछले दशक के दौरान, वहाँ धातु स्याही या अन्य कार्यात्मक सामग्री के मुद्रण के लिए गैर-पत्थर के छापे तरीकों 1-3 से ज्यादा विकास किया गया है। ऐसे इंकजेट 3 और लेजर प्रेरित आगे हस्तांतरण (लिफ्ट) 4 के रूप में इन प्रक्रियाओं से कई मुद्रण योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और maskless patterning में ब्याज के रूप में तेजी से लोकप्रिय हो गया है बन गए हैं। ये additive विनिर्माण प्रक्रियाओं, सस्ती पर्यावरण के अनुकूल है, और अच्छी तरह से रैपिड प्रोटोटाइप के लिए अनुकूल हैं, जब और अधिक परंपरागत अर्धचालक प्रसंस्करण तकनीकों की तुलना में। सबसे सीधा-लिखने की प्रक्रियाओं दो आयामी संरचना तक ही सीमित हैं और उच्च चिपचिपापन (विशेष रूप से इंकजेट) के साथ सामग्री नहीं संभाल सकता है, लिफ्ट अगर ठीक से प्रदर्शन दोनों की कमी पार कर सकते हैं। तीन आयामी पिक्सल (बुलाया voxels), भी लेजर decal हस्तांतरण (LDT) 5-9 के रूप में करने के लिए भेजा के अनुकूल हस्तांतरण, हाल ही में लिफ्ट तकनीक अत्यधिक चिपचिपा एजी nanopast उपयोग कर के साथ प्रदर्शन किया गया हैतों freestanding interconnects, जटिल voxel आकार, और उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं के निर्माण के लिए। इस पत्र में, हम सूक्ष्म और macroscale एजी संरचनाओं की एक किस्म fabricating के लिए एक सरल अभी तक बहुमुखी प्रक्रिया प्रदर्शित करता है। संरचनाएं बिजली के संपर्क patterning के लिए साधारण आकार, को पूरा करने और ब्रैकट संरचनाओं, उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं, और एकल शॉट, बड़े क्षेत्र स्थानान्तरण एक वाणिज्यिक डिजिटल micromirror डिवाइस (डीएमडी) चिप का उपयोग शामिल है।
Introduction
Additive मुद्रण तकनीक substrates की एक किस्म पर कार्यात्मक सामग्री के patterning के लिए काफी रुचि के हैं। सहित micropen 10, प्रत्यक्ष लिखने विधानसभा 11, इंकजेट 12, और लिफ्ट 4 ये तथाकथित "प्रत्यक्ष लिखने" प्रक्रियाओं, अच्छी तरह से सुविधा आकार उप माइक्रोन से macroscale 1,2 को लेकर की एक किस्म के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं । इन तकनीकों का प्राथमिक लाभ कम लागत, पर्यावरण मित्रता, और अवधारणा प्रोटोटाइप करने से तेजी से बदलाव कर रहे हैं। दरअसल, रैपिड प्रोटोटाइप ऐसी प्रक्रियाओं के लिए एक प्राथमिक इस्तेमाल होता है। सामग्री इन प्रक्रियाओं द्वारा उपयोग आम तौर पर एक विलायक के भीतर एक nanoparticle निलंबन से मिलकर बनता है, और आम तौर पर एक भट्ठी के क्रम में उनकी कार्यात्मक संपत्तियों का एहसास करने के बयान के बाद कदम के इलाज की आवश्यकता होती है। हालांकि micropen और प्रत्यक्ष लिखने विधानसभा को लागू करने के लिए अपेक्षाकृत आसान है, दोनों प्राप्त सब्सट्रेट के साथ एक सतत रेशा संपर्क पर भरोसावितरण के दौरान। हालांकि इंकजेट एक सरल, गैर संपर्क प्रत्यक्ष लिखने विधि है, यह आमतौर पर आदेश clogging और / या वितरण नलिका की जंग से बचने के लिए कम चिपचिपापन, रासायनिक सौम्य nanoparticle निलंबन के हस्तांतरण के लिए सीमित है। इसके अलावा, इंकजेट द्वारा अच्छी तरह से परिभाषित बढ़त सुविधाओं के साथ मुद्रण पैटर्न गीला प्रभाव 13 के कारण विभिन्न सतहों और उनके परिणामस्वरूप अस्थिरता पर तरल पदार्थ की चर व्यवहार को देखते हुए बहुत मुश्किल है। भले ही, इंकजेट इस प्रकार अब तक शोधकर्ताओं से सबसे ज्यादा ध्यान का आनंद लिया है।
लिफ्ट, दूसरे हाथ पर, एक गैर संपर्क, नोक-मुक्त एडिटिव प्रक्रिया है जो अच्छी तरह से परिभाषित किनारों के साथ उच्च चिपचिपाहट पेस्ट स्थानांतरित करने में सक्षम है। इस प्रक्रिया में, जटिल सामग्री की नियंत्रित मात्रा में एक दाता सब्सट्रेट से (या "रिबन") एक प्राप्त सब्सट्रेट के रूप में चित्र 1 में रेखाचित्र के रूप में दिखाया जाता लेजर दालों 4 का उपयोग करके स्थानांतरित कर रहे हैं। जब उच्च चिपचिपाहट पेस्ट का उपयोग कर, यह poss हैमुद्रित voxel आकार और घटना लेजर पल्स क्रॉस सेक्शन 5 के आकार से मेल करने के लिए ible। इस प्रक्रिया लेजर decal हस्तांतरण (LDT) के रूप में भेजा गया है, और इस तरह के रूप में आवेदन की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए संरचनाओं की गैर lithographic पीढ़ी की इजाजत दी, प्रत्यक्ष-लेखन, जिसमें voxel आकृति और आकार में आसानी से चलाया हुआ मानकों हैं करने के लिए एक अनूठा तरीका प्रदान करता है सर्किट की मरम्मत 14, metamaterials 7, interconnects 8, और मुक्त खड़े संरचनाओं 15। एक हस्तांतरण कदम में जटिल आकार जमा करने की क्षमता बहुत प्रसंस्करण समय कम कर देता है और कई voxels, सबसे डिजिटल मुद्रण तकनीक में एक आम समस्या के विलय से संबंधित समस्याओं से बचा जाता है। गतिशील व्यक्तिगत लेजर दालों 17 के स्थानिक प्रोफ़ाइल समायोजित करने की क्षमता LDT के लेखन की गति को बढ़ाने के लिए अन्य लेजर प्रत्यक्ष लिखें (LDW) तकनीक की तुलना में कार्य करता है। इन प्रसंस्करण लाभ का एक परिणाम के रूप में, हम के रूप में किया जा रहा है LDT प्रक्रिया को देखें"आंशिक रूप से parallelized" चूंकि यह एक समानांतर में कई धारावाहिक लेखन कदम के संयोजन की अनुमति देता है। parallelization की डिग्री अंततः परिणामी voxel के आकार की क्षमता तेजी से लेजर पार अनुभाग प्रोफ़ाइल को बदलने के लिए, और इसलिए इस पर निर्भर करता है, और जिस गति से रिबन और सब्सट्रेट अनुवाद किया जा सकता है।
प्रक्रिया कल्पना में मदद करने के लिए, लिफ्ट प्रक्रिया के दौरान एक सामग्री के व्यवहार को तीन अलग-अलग पेस्ट viscosities के लिए आंकड़े 2A, -2, और 2 ई में रेखाचित्र के रूप में दिखाया गया है। कम चिपचिपापन स्याही के लिए (2A चित्रा) 9, हस्तांतरण की प्रक्रिया व्यवहार jetting इस प्रकार, गोल, अर्धगोल voxels (चित्रा 2 बी) के गठन में जिसके परिणामस्वरूप 18। चित्रा -2 बहुत उच्च चिपचिपापन निलंबन के लिए हस्तांतरण, जिसमें अलग हो voxel है क्या करने के लिए इसी तरह के विखंडन के अनुभवों को दर्शाया गया है इसलिए की लिफ्ट के साथ मनायाढक्कन चीनी मिट्टी की परतों 19। चित्रा 2 ई एक उपयुक्त, मध्यवर्ती चिपचिपाहट, जिसमें जारी किया voxel तनाव प्रभाव सतह के कारण विरूपण आकार के अधीन नहीं है और प्राप्त सब्सट्रेट बरकरार तक पहुँच के साथ nanopaste की LDT हस्तांतरण दर्शाया गया है। स्थानांतरित कर voxels के आकार पर चिपचिपाहट के प्रभाव में आंकड़े 2 बी, 2 डी और 2 एफ परमाणु शक्ति माइक्रोस्कोपी (AFM) छवियों में दिखाया गया है। चित्रा 2 एफ को दर्शाता है, यह संभव viscosities की एक उचित सीमा के लिए तेज, अच्छी तरह से परिभाषित voxels प्राप्त करने के लिए, आम तौर पर है ~ 100 Pa · एजी nanopaste 5 के लिए सेकंड।
कुल मिलाकर, वहाँ तरीकों कि माइक्रोन संकल्प 3 डी संरचनाओं के लिए क्षमता के साथ गैर संपर्क मुद्रण गठबंधन की कुछ खबरें आई हैं। LDT विधि एक मुक्ताकार प्रक्रिया अल्ट्रा ठीक पिच संबंध क्षमताओं के साथ interconnects fabricating के लिए सक्षम प्रदान करता है। नाजुक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स सहित आवेदन की एक नंबरऔर microelectromechanical सिस्टम (एमईएमएस) एक ऐसी प्रक्रिया से फायदा हो सकता है। यहाँ हम उच्च चिपचिपाहट एजी nanopaste की गैर संपर्क, तीन आयामी मुद्रण के रूप में अच्छी तरह से एकल लेजर गोली मार दी, बड़े क्षेत्र मुद्रण (डीएमडी चिप के माध्यम से) के लिए एक प्रक्रिया का प्रदर्शन।
Protocol
1. डोनर Substrates बनाना
- टेप खुला कांच के एक मध्य क्षेत्र छोड़ने के साथ एक गिलास स्लाइड के किनारों मास्क।
- 3-15 मिनट के लिए: (पानी में पानी में 40% एनएच 4 एफ 1 का अनुपात 48% तक एचएफ 6) बफर एचएफ में स्लाइड डूब। नोट: यह, स्लाइड जो बेपर्दा है की केंद्र खोदना होगा एक अच्छी तरह का निर्माण। अच्छी तरह से की गहराई होना चाहिए निर्माता के निर्देशों का उपयोग कर एक स्टाइलस profilometer या AFM के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है, जो और 5 माइक्रोन, 1 के बीच।
- टेप मुखौटा निकालें।
2. स्याही रिबन बनाना
- अच्छी तरह से एक के पक्ष में एजी पेस्ट की एक छोटी राशि बिखरा हुआ है। सुनिश्चित करें अच्छी तरह से भरने के लिए मोटे तौर पर 10 मिलीग्राम रेंज में पर्याप्त नहीं है। यह पहली राशि को मापने के लिए हालांकि, जरूरी नहीं है।
- मजबूती से अच्छी तरह से भर में एक सीधे धातु ब्लेड खींचें, अपनी संपूर्णता भर में पेस्ट की एक पतली परत फैल गया। समान रूप से किसी भी पतली स्पॉट बिना पेस्ट वितरित। थी की अंतिम उत्पादप्रक्रिया - एक छोटे से अच्छी तरह से युक्त एजी स्याही - "रिबन" कहा जाता है।
- किसी भी पेस्ट है कि एक प्रयोगशाला पोंछ के साथ अच्छी तरह से बाहर फैल दूर साफ कर लें।
3. रिबन सुखाने
- एक कम नमी के वातावरण में रिबन चेहरा ऊपर रखें। सूखी नाइट्रोजन से भरा बॉक्स सबसे अच्छा काम करता है।
- आरटी पर कम से कम 2 घंटे के लिए रिबन छोड़ दें। इस बिंदु पर, स्याही चिपचिपापन पर्याप्त उच्च मुद्रित करने के लिए होना चाहिए।
नोट: पर्याप्त सूखने के बाद, स्याही रिबन एक गिलास स्लाइड पर अच्छी तरह से चेहरा नीचे रखने और एक सूखी नाइट्रोजन के माहौल में यह भंडारण के द्वारा मोटे तौर पर एक महीने के लिए भंडारित किया जा सकता है। एक बार इस तरह से संग्रहीत है, यह स्याही रिबन को लंबे समय के लिए पहुंच से बाहर छोड़ने के लिए ठीक है।
4. मुद्रण Voxels
- एक XY translational चरण में एक निर्वात चक या दो तरफा टेप का उपयोग करने के लिए रिसीवर सब्सट्रेट संलग्न। नोट: रिसीवर सब्सट्रेट फ्लैट होना चाहिए, लेकिन वहाँ कोई अन्य सीमाएं हैं। सिलिकॉन वेफर्स, जीएलगधा स्लाइड, या 200 डिग्री सेल्सियस संगत पॉलिमर सभी स्वीकार्य रिसीवर substrates हैं।
- रिसीवर सब्सट्रेट पर स्याही रिबन चेहरा नीचे रखें।
- दाता सब्सट्रेट के पीछे के माध्यम ऑप्टिकल सेटअप ध्यान दें, अच्छी तरह से भीतर स्याही के पीछे की सतह पर।
नोट: इस प्रक्रिया के लिए प्रकाशिकी की व्यवस्था करने के कई तरीके हैं, लेकिन निम्नलिखित कदम / घटकों के लिए आवश्यक हैं:- एक किरण (के रूप में करने का विरोध किया गाऊसी) एक "शीर्ष टोपी" स्थानिक ऊर्जा वितरण होने के साथ एक स्पंदित यूवी लेजर का प्रयोग करें। एक लेजर controllably व्यक्ति दालों, जो एक acousto ऑप्टिक न्यूनाधिक की आवश्यकता हो सकती गोलीबारी में सक्षम का प्रयोग करें। acousto ऑप्टिक न्यूनाधिक उपयोगकर्ता व्यक्ति दालों की फायरिंग नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है।
- एक छेद के माध्यम से किरण दर्रा, वांछित आकार में बीम के पार अनुभाग को आकार देने। ध्यान दें कि एपर्चर के आकार voxel के आकार निर्धारित करता है। यही कारण है कि एपर्चर अनिवार्य दाता सब्सट्रेट पर imaged है कहने के लिए है,, मास के अनुरूपकश्मीर प्रक्षेपण।
- एक सूक्ष्म उद्देश्य का उपयोग किरण पार अनुभाग, जो मुद्रित voxel के आकार को निर्धारित करता है के आकार को कम करने के लिए। उदाहरण के लिए, अगर एक 10X उद्देश्य पैदावार 50 माइक्रोन पार्श्व आयामों के साथ वर्ग voxels, तो एक 50X उद्देश्य एक ही आकार (वर्ग) मुद्रित होगा 10 माइक्रोन पार्श्व आयामों के साथ voxels।
- सूक्ष्म उद्देश्य के साथ लाइन (बीम फाड़नेवाला के माध्यम से) में एक वीडियो कैमरा रखें। इस स्याही रिबन के सक्रिय निगरानी की अनुमति देता है।
- दाता सब्सट्रेट पर एक भी लेजर पल्स आग। लेजर प्रभाव के लिए एक उचित मूल्य उस मूल्य 40-60 MJ / 2 सेमी की रेंज में है। सुनिश्चित करें लेजर बीम पार अनुभाग जहां voxel अलग हो गया था के रूप में एक दृश्य छेद है कि वहाँ। छेद दिखाई नहीं है, वहाँ कई संभावित कारण हैं:
- ओझल।
- ध्यान केंद्रित उद्देश्य की ऊंचाई को समायोजित करें। यह ध्यान में छेद ला सकते हैं।
- कम ऊर्जा।
- धीरे-धीरे increase 60-80 MJ / 2 सेमी की एक प्रभाव के लिए लेजर अप की ऊर्जा। मोटा स्याही रिबन उच्च प्रभाव मूल्यों की आवश्यकता हो सकती है।
- स्याही चिपचिपापन बहुत कम है।
- एक voxel अलग हो जाता है लेकिन स्याही रिबन में छेद तुरंत केवल एक बार, फिर स्याही चिपचिपापन अभी भी बहुत कम है, इसलिए एक और 30 मिनट के चरण 3 में दिए गए निर्देशों के आधार पर रिबन सूखी और उसके बाद फिर से 4 कदम शुरू करते हैं।
- ओझल।
- एक्स के साथ XY translational मंच ले जाएँ और वाई एक नई जगह के लिए कुल्हाड़ियों।
- फिर दाता सब्सट्रेट पर एक भी लेजर पल्स आग, एक voxel बाहर खदेड़ना है और एक तेजी से परिभाषित छेद जहां voxel स्याही रिबन से अलग हो गया था छोड़ने।
5. मुद्रण जटिल संरचनाओं
- निम्नलिखित तरीके से सटे voxels एक साथ जोड़ने के द्वारा लाइनों बनाएँ:
- 4.1-4.4 में वर्णित के रूप में एक voxel स्थानांतरण।
- एक्स या वाई दिशा के साथ XY translational मंच एक voxel लंबाई ले जाएँ।
- 4.1-4.4 में वर्णित के रूप में एक voxel स्थानांतरण।
- इस प्रक्रिया को दोहराएं जब तक एक पर्याप्त लंबी लाइन प्राप्त की है।
- निम्नलिखित तरीके से पाटने या ब्रैकट संरचनाओं बनाएँ:
- बीम संरेखित ऐसी है कि अलग हो voxel दाता सब्सट्रेट पर एक ज्यामितीय खाई को पाटने के लिए होगा या ऐसी है कि voxel के एक हिस्से को एक ज्यामितीय खाई के किनारे पिछले आगे निकलना होगा।
- 4.1-4.4 में वर्णित के रूप में एक voxel स्थानांतरण। नोट: यदि पेस्ट चिपचिपापन बहुत कम है, voxel इसे नीचे एक पुल या ब्रैकट बनाने के बजाय सुविधाओं के अनुरूप कर सकते हैं।
- निम्नलिखित तरीके से उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं बनाएँ:
- 4.1-4.4 में वर्णित के रूप में एक voxel स्थानांतरण।
- रिसीवर सब्सट्रेट चलती के बिना, स्याही रिबन पर एक ताजा हाजिर करने के लिए दाता सब्सट्रेट चलते हैं।
- 4.1-4.4 में वर्णित के रूप में एक voxel स्थानांतरण।
- दोहराएँ 5.3.2 और 5.3.3 कदम पर्याप्त हेई की एक विशेषता तकGHT प्राप्त की है। संरचना ~ से 3-5 माइक्रोन लम्बे बनाया गया है, समय समय पर दाता और रिसीवर सब्सट्रेट के बीच spacers डालने के लिए इतना है कि voxel ढेर और स्याही रिबन सीधे संपर्क में नहीं आते हैं। ध्यान दें कि प्रकाशिकी refocused जा करने के लिए खंड 4.4.1 में वर्णित के रूप में दाता सब्सट्रेट ऊंचाई में परिवर्तन के लिए खाते में करने की आवश्यकता होगी।
डीएमडी चिप के माध्यम से 6. मुद्रण जटिल छवियों
- ड्रा या वांछित voxel आकार की छवि अपलोड करें। सुनिश्चित करें कि छवि फ़ाइल का स्वरूप एक बिटमैप है। नोट: यह voxel के आकार के ऑप्टिकल प्रणाली के demagnification कारक का उपयोग करने के लिए ड्राइंग पैमाने पर करने के मुद्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है। डीएमडी अनिवार्य एपर्चर, तो बजाय क्या अनिवार्य है साथ बीम इमेजिंग के प्रक्षेपण की जगह मुखौटा, micromirrors की एक सरणी बीम आकार देने के लिए प्रयोग किया जाता है।
- उचित लेजर (यूवी या हरा) का चयन करें।
- डीएमडी पर मुड़ें और डीएमडी सॉफ्टवेयर खुला।
- क्लिक करें "खोलें छवि" और लोड बिटमैप patteआर एन। लोड का चयन करें और रीसेट करें।
- "जोड़ें" पर क्लिक करें। बिटमैप फ़ाइल का नाम राइट पैनल में दिखाई देनी चाहिए।
- "एक बार चलाने" पर क्लिक करें। बिटमैप पैटर्न अब डीएमडी पर भरी हुई है।
- के रूप में कदम 4.3 करने के लिए 4.1 में उल्लिखित दाता और रिसीवर substrates की व्यवस्था। स्याही हस्तांतरण के रूप में कदम 4.6 करने के लिए 4.4 में रेखांकित किया।
- एक बार स्थानान्तरण सफल रहे हैं, दोहराने 6.4 करने के लिए 6.3 कदम अगर जरूरत; उसके बाद चरण 7 करने के लिए आगे बढ़ें।
7. फर्नेस
एक बार सभी voxels मुद्रित कर रहे हैं, उन्हें एक भट्ठी में इलाज।
- भट्ठी में रिसीवर सब्सट्रेट चेहरा ऊपर रखें।
- 2 घंटे के लिए 180 डिग्री सेल्सियस पर इलाज करने के लिए छोड़ दें।
Representative Results
चित्रा 3 इसके केंद्र में एक अच्छी तरह से एक प्रतिनिधि के दाता सब्सट्रेट पता चलता है। एक मानक गिलास स्लाइड दाता सब्सट्रेट के लिए इस्तेमाल किया गया था, और इस मामले में अच्छी तरह से की गहराई 1 माइक्रोन है। ध्यान दें कि एजी nanopaste के सभी आयताकार अच्छी तरह से करने के लिए ही सीमित है और सब्सट्रेट के बाकी साफ है। यह भी ध्यान दें कि रंगाई एक समान है, मोटे तौर पर एक समान मोटाई के पेस्ट का संकेत महत्वपूर्ण है। हल्का रंगाई के साथ क्षेत्र पतली धब्बे, जो सबसे अच्छा परहेज कर रहे हैं संकेत मिलता है। चित्रा 4 20 माइक्रोन की एक 6x6 सरणी x 20 माइक्रोन वर्ग voxels अलग हो गया है के बाद दाता सब्सट्रेट के एक 20x ऑप्टिकल छवि को दर्शाता है। इस आदर्श मामले में, वहाँ अंतराल में कोई पेस्ट अवशेषों है और सभी voxels पूरी तरह रिबन से अलग हो गए थे। ऊर्जा अपर्याप्त है या अगर कोई किरण प्रोफ़ाइल में महत्वपूर्ण आकर्षण के केंद्र हैं, voxels केवल आंशिक रूप से अलग होगा और रिबन की पीठ के लिए अटक कर रह हैं।
Voxels देहात से निकलीSTES के साथ अलग अलग viscosities चित्रा 5 9। जब पेस्ट चिपचिपाहट कम है, अर्थात् में पाया जा सकता है, पर्याप्त नहीं सूख गया है, सतह तनाव voxels कारण होगा और गोल हो जाते हैं, उनके मूल आकार खोने के रूप में (चित्रा 5 ए और बी में देखा )। नोट कैसे चित्रा 5 ब में voxels के आकार बीम आकार (चित्रा 5 ब के इनसेट में दिखाया गया है) से अलग कर रहे हैं। अन्य चरम पर, जब पेस्ट चिपचिपाहट उच्च, यानी है, पर सूखे, voxels जब निकली रूप में चित्रा 5C और डी में देखा फ्रैक्चर की प्रवृत्ति है किया गया है। इस प्रकार, वहाँ एक मध्यवर्ती चिपचिपापन रेंज है जो unfractured voxels कि किरण प्रोफ़ाइल के आकार के रूप में चित्रा 5E और एफ में देखा बनाए रखने के हस्तांतरण की अनुमति देता है। हम voxel चेन जो लंबे समय से प्रवाहकीय लाइनों फार्म की दो किस्में प्रदर्शित करता है। पहले जो में एक साधारण अंत करने के लिए अंत श्रृंखला थाh 40 x 60 माइक्रोन 2 voxels एक दूसरे (चित्रा 6A और बी) 20 से सटे स्थानांतरित कर दिया गया। आम तौर पर, यह जोड़ने की विधि को कुछ हद तक अविश्वसनीय था, (के रूप में चित्रा 6B में देखा) 100 डिग्री सेल्सियस पर एक नरम इलाज के बाद प्रदर्शित होने आंशिक रूप से या पूरी तरह से टूट इंटरफेस के साथ। दूसरी विधि का इस्तेमाल किया नोकदार, अंत करने के लिए अंत (चित्रा 6C और डी) का तबादला voxels इंटरलॉकिंग। चित्रा 6C में बिंदीदार रेखा, voxels के मूल आकार की रूपरेखा तैयार इंटरफेस की उच्च गुणवत्ता के रूप में यह मुश्किल नेत्रहीन व्यक्ति आकार को हल करने के लिए बनाता है। इस आशय चित्रा 6D, जहां voxels के बीच सीवन लगभग अदृश्य है में बहुत स्पष्ट है। नोकदार ज्यामिति लगभग सभी इंटरफेस एक 100 डिग्री सेल्सियस इलाज के बाद निरंतर शेष के साथ, सरल अंत करने के लिए अंत की तुलना में अधिक विश्वसनीय था। चित्रा 7 दर्शाता विभिन्न स्टैकिंग geometries, पैटर्न और पहलू अनुपात। अकेलाvoxel एक 100 माइक्रोन विस्तृत सी खाई से गुजर चित्रा 7A में पाया जा सकता है। सही चिपचिपापन प्राप्त करने के क्रम में sagging या रिसीवर सब्सट्रेट की ज्यामिति के अनुरूप से voxel को रोकने के लिए ब्रिजिंग या freestanding अनुप्रयोगों के लिए अत्यंत महत्व का है। जटिल, बहु परत संरचनाओं चित्रा 7 बी-डी में देखा जा सकता है, दो खड़ी पिरामिड और उच्च पहलू अनुपात सूक्ष्म खंभे भी शामिल है। ये geometries ऊर्ध्वाधर और फैले interconnects आवश्यकता होती है अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं। अंत में, चित्रा 8A एक वैकल्पिक ऑप्टिकल सेटअप जो एक वाणिज्यिक डीएमडी चिप, एक "डिजिटल दर्पण डिवाइस" चित्र में के रूप में भेजा उपयोग करता है पता चलता है। चरण 6 में वर्णित है, बड़े, जटिल छवियों कंप्यूटर पर लोड और एक भी लेजर पल्स के साथ स्थानांतरित किया जा सकता है। एक सफलतापूर्वक मुद्रित एनआरएल लोगो चित्रा 8B में पाया जा सकता है। हम ध्यान दें कि एक शॉट के साथ, हम 1 मिमी की लंबाई और एक फीचर आर के साथ एक पेस्ट संरचना हस्तांतरण कर सकते हैंकी ~ 20 माइक्रोन esolution।
चित्रा 1. LDT स्थापना के योजनाबद्ध आरेख। ध्यान दें कि voxel आकार केवल उच्च चिपचिपापन स्याही के लिए पार के अनुभागीय किरण आकार के द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 2. योजनाबद्ध आरेख voxel इजेक्शन। आरेख (ए) कम चिपचिपापन, (सी) उच्च चिपचिपाहट, और (ई) मध्यवर्ती चिपचिपाहट के लिए हस्तांतरण के विकास को दर्शाते हैं। परिणामी voxels के AFM भूखंडों में क्रमश: (बी), (डी), और (एफ) में प्रदान की जाती हैं। यह आंकड़ा संशोधित कर दिया गया है [9] से। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3. एजी nanopaste दाता सब्सट्रेट का चित्र। सब्सट्रेट में ही गहरी अच्छी तरह से केंद्र में एक 1 माइक्रोन के साथ एक गिलास स्लाइड है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 4. 20X रिबन (दाता सब्सट्रेट) पर पेस्ट परत के बाद voxel हस्तांतरण। तीव्र के ऑप्टिकल छवि, अच्छी तरह से परिभाषित किनारों और अवशेषों की कमी पर्याप्त पेस्ट सुखाने और रिबन से सामग्री के पूर्ण हस्तांतरण का संकेत मिलता है।jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig4large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 5. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) कई अलग अलग voxels की छवियों। बीम प्रोफाइल इनसेट (बी) में चित्रित कर रहे हैं। तीन अलग अलग voxel आकार कम चिपचिपापन (ए, बी), उच्च चिपचिपापन (सी, डी), मध्यवर्ती और चिपचिपापन (ई, एफ) से मुद्रित किया गया। ध्यान दें कि कम चिपचिपापन आकार और वॉक्सेल तीखेपन का एक नुकसान की ओर जाता है, जबकि उच्च चिपचिपाहट voxel fracturing की ओर जाता है। यह आंकड़ा से [9]। संशोधित किया गया है कृपया यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।
। चित्रा 6 संयुक्त voxel चेन के SEM छवियों दो को जोड़ने geometries चित्रित कर रहे हैं: सरल अंत करने के लिए अंत (ए, बी) और नोकदार-इंटरलॉकिंग (सी, डी)। सामान्य तौर पर, नोकदार-इंटरलॉकिंग geometries अधिक विश्वसनीय होना पाया जाता है, जबकि साधारण अंत करने के लिए अंत भट्ठी चरणों के दौरान सिकुड़न की वजह से दरार की प्रवृत्ति है। यह आंकड़ा [20] से संशोधित किया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
। चित्रा 7. SEM कई जटिल voxel संरचनाओं की छवियों Geometries में शामिल हैं: एक 100 माइक्रोन विस्तृत खाई (ए) को पाटने एक आयताकार voxel, एक multilayer रों caffold (बी), एक उच्च पहलू अनुपात पिरामिड (सी), और कई उच्च पहलू अनुपात सूक्ष्म स्तंभों (डी)। यह आंकड़ा से। [8] संशोधित किया गया है कृपया यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।
8 चित्रा योजनाबद्ध आरेख और डीएमडी चिप के माध्यम से LDT का परिणाम है। योजनाबद्ध आरेख (ए) में, लेजर एपर्चर डीएमडी चिप है, जो सूक्ष्म दर्पण की एक बड़ी सभा के साथ प्रतिस्थापित किया गया है। एक छवि फ़ाइल से पैटर्न ईमानदारी दाता सब्सट्रेट पर imaged किया जा सकता है, एक ही शॉट में voxels के पैटर्न का एक सटीक प्रतिकृति बाहर खदेड़ना। एक उदाहरण के रूप में, एक एनआरएल लोगो (बी) के एक लेजर शॉट से स्थानांतरित किया गया है।ig8large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
Discussion
इस पत्र में, हम उच्च चिपचिपाहट एजी nanopaste की गैर संपर्क, तीन आयामी मुद्रण के रूप में अच्छी तरह से एकल लेजर गोली मार दी, बड़े क्षेत्र मुद्रण (डीएमडी चिप के माध्यम से) के लिए एक प्रक्रिया का प्रदर्शन किया है। ऐसे इंकजेट के रूप में अन्य प्रत्यक्ष लिखने की तकनीक, के विपरीत, LDT तकनीक यहाँ वर्णित एक ही चरण में, एक लेजर पल्स, यानी के साथ जटिल voxel आकार के मुद्रण के लिए अनुमति देता है। प्रक्रिया के कई पहलुओं को सरल लग सकता है, वहाँ कई कदम है कि आदेश का अनुकूलन करने में चलने का परीक्षण की आवश्यकता होती हैं। सबसे पहले, पेस्ट सूखापन और चिपचिपाहट सफल स्थानांतरण के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारक हैं। हालांकि इन बातों की गई पहले से ही पाठ में बार बार जोर दिया है, हम यहाँ बात को दोहराते महत्व को रेखांकित करने के लिए। अगर स्याही चिपचिपापन बहुत कम है, तो यह तेज, अच्छी तरह से परिभाषित voxel आकार मुद्रित करने के लिए असंभव हो जाएगा। एक गप्पी संकेत है कि स्याही चिपचिपापन बहुत कम है तब होता है जब एक voxel बेदखल करने का प्रयास किया। जब लेजर पल्स निकाल दिया है,voxel क्षण भर बेदखल करने के लिए दिखाई देगा, लेकिन स्याही छेद दाता सब्सट्रेट में छोड़ दिया में जल्दी से वापस भरना होगा। इस मामले में, उपयोगकर्ता लेजर फायरिंग बंद कर देना चाहिए और कदम के रूप में 3.1 और 3.2 में उल्लिखित स्याही आगे इलाज किया जाना चाहिए। स्याही चिपचिपापन बहुत अधिक है, voxel हस्तांतरण की प्रक्रिया रिबन पर सफल दिखाई देगा। हालांकि, जब रिसीवर सब्सट्रेट पर voxels की जांच, वहाँ महत्वपूर्ण फाड़, fracturing, या मलबे होगा। इस मामले में, उपयोगकर्ता वर्तमान रिबन के निपटान के लिए और के रूप में खंड 2. स्याही चिपचिपापन और सुखाने के समय का अनुकूलन उल्लिखित voxel हस्तांतरण के प्रयास की गुणवत्ता का मूल्यांकन द्वारा पूरा किया जाना चाहिए एक नया रिबन बनाने की जरूरत है। हम किसी भी बिंदु पर पेस्ट की चिपचिपाहट को मापने की कोशिश की सिफारिश नहीं है। दूसरा, लेजर प्रभाव प्रक्रिया पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है के रूप में लगभग स्याही चिपचिपापन और प्रभाव में बहुत छोटे परिवर्तन के रूप में महत्वपूर्ण है। यह बहुत स्पष्ट होना चाहिए जब ऊर्जा बहुत कम है - voxelदाता सब्सट्रेट से बेदखल नहीं किया जाएगा। यह प्रभाव रेंज कदम 4.4 में सुझाव के साथ शुरू करने की सिफारिश की है, और फिर बहुत संवर्द्धित मूल्य वृद्धि हुई है। सबसे कम ऊर्जा है कि एक पूर्ण हस्तांतरण में परिणाम "सीमा प्रभाव" कहा जाता है। यह अक्सर सबसे अच्छे रूप में या दहलीज प्रभाव के पास संचालित करने के लिए क्योंकि उच्च प्रभाव मूल्यों फ्रैक्चर या voxels आंसू लिए करते हैं जाएगा है। अंत में, प्रक्रिया के लिए इस्तेमाल किया लेजर की किस्म पर निर्भर करता है, वहाँ लेजर प्रोफ़ाइल में हॉट स्पॉट हो सकता है। यह बीम का एक और अधिक सजातीय क्षेत्र नमूने के लिए एपर्चर के एक समायोजन की आवश्यकता हो सकती है। अगर अलग हो voxel के आकार विकृत है या खराब किरण पार अनुभाग के आकार से मेल खाता है, लेजर के आकर्षण के केंद्र या स्याही परत की मोटाई या एकरूपता जिम्मेदार हो सकता है।
समस्या निवारण के अलावा, वहाँ तकनीक के लिए कुछ सीमाएं हैं। अंतिम भट्ठी इलाज कदम यह मुश्किल या असंभव गैर उच्च टी पर वांछित कार्यात्मक गुणों के साथ voxels प्राप्त करने के लिए बनाता हैसंगत substrates emperature। आम तौर पर, इस पांडुलिपि में इस्तेमाल एजी nanopaste आदेश उचित चालकता मूल्यों को प्राप्त करने में कम से कम 150 डिग्री सेल्सियस के तापमान के इलाज की आवश्यकता है। दाता सब्सट्रेट पर स्याही परत के निर्माण के लिए आगे मोटाई एकरूपता, क्षेत्रीय कवरेज और प्रसंस्करण समय में सुधार करने के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए। स्याही परत मोटाई दहलीज प्रभाव और हस्तांतरण की गुणवत्ता, और inhomogeneous मोटाई पर एक नाटकीय प्रभाव हस्तांतरण की प्रक्रिया कठिन है, खासकर जब x 20 माइक्रोन 20 माइक्रोन से छोटे voxels स्थानांतरित कर सकते हैं, है। दाता सब्सट्रेट के लिए वर्तमान डिजाइन यह मुश्किल सेमी, जो बड़े क्षेत्र throughput सीमा के 10s से बड़ा रिबन बनाने के लिए बनाता है। इस प्रकार, इस तरह के रील से रील या डिस्क घूर्णन के रूप में वैकल्पिक दाता सब्सट्रेट डिजाइन, के विकास, बढ़ाया स्वचालन और बड़े क्षेत्र प्रसंस्करण के लिए आवश्यक होगा।
LDT तकनीक की ताकत उच्च के साथ तरल पदार्थ को हस्तांतरण करने की क्षमता में निहित हैviscosities कि अन्य बूंद-ऑन-डिमांड तकनीक नहीं संभाल सकता। LDT के फायदे के दो स्थितियों में, जहां सबसे पहले, मुद्रण उच्च चिपचिपापन पेस्ट गुणवत्ता में सुधार प्रदान करता है या कम चिपचिपापन पेस्ट और दूसरी मुद्रण से अधिक गति स्थितियों में, जहां उच्च चिपचिपापन पेस्ट के साथ मुद्रण संरचनाओं कि कम चिपचिपापन मुद्रण के लिए सुलभ नहीं हैं सक्षम बनाता है, में विभाजित किया जा सकता है । पहली श्रेणी में लाभ के उदाहरण हैं: गीला प्रभाव, इलाज के दौरान voxel आकार और आकार, कम से कम संकोचन पर नियंत्रण के उच्च डिग्री, और कम लेजर ऊर्जा से कम से कम voxel परिवर्तनशीलता अन्य लिफ्ट प्रक्रियाओं (और इस प्रकार कम हस्तांतरण वेग) की तुलना में। दूसरी श्रेणी में उदाहरण हैं: उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं के मुद्रण, ब्रिजिंग संरचनाओं, cantilevers, और किसी अन्य संरचना है कि अच्छा voxel आकार प्रतिधारण की आवश्यकता है। डीएमडी चिप के साथ LDT प्रक्रिया के संयोजन से, जटिल आकार और पैटर्न के समानांतर मुद्रण सक्षम किया गया है, जो बहुत समग्र प्रक्रिया को गति। इसके अलावा, टीवह एक डीएमडी का उपयोग करने की अनुमति देता है voxels आकार देने के लिए डिजाइन लेजर दालों के बीच अद्यतन किया जाना है, गतिशील reconfigurable voxels के तेजी से मुद्रण सक्षम करने से। सामान्यतया, डीएमडी (33 kHz) के ताज़ा दर लेजर (100 किलोहर्ट्ज़ या अधिक) की अधिकतम पुनरावृत्ति दर की तुलना में थोड़ा धीमी है, लेकिन मुद्रण की गति के लिए कारक सीमित दर चरण अनुवाद है।
LDT प्रणाली के साथ उन्नति के लिए प्राथमिक रास्ते, अतिरिक्त सामग्री के निरंतर विकास कर रहे हैं रिबन निर्माण की प्रक्रिया में सुधार, और इस तरह के डीएमडी चिप के रूप में डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग (डीएलपी) प्रौद्योगिकी को समेकित करने के माध्यम से प्रक्रिया के लिए पैमाने पर जारी है। हालांकि धातु और इन्सुलेट सामग्री सफलतापूर्वक इस प्रक्रिया के माध्यम से स्थानांतरित किया गया है, कुछ सक्रिय सामग्री विकसित किया गया है। LDT प्रक्रिया भारी प्रौद्योगिकीय संभावनाओं खोल सकता है, के साथ पीजोइलेक्ट्रिक चुंबकीय, या optoelectronic सामग्री मुद्रित करने की क्षमता। यह खड़ा है, दाता subst की ज्यामिति के रूप मेंदर सीमा scalability। रील से रील या डिस्क दाता substrates घूर्णन के विकास में काफी प्रक्रियाओं को सरल होगा। अंत में, डीएलपी प्रौद्योगिकी के साथ LDT के संयोजन एक उच्च समानांतर प्रक्रिया में एक पहले से सीरियल प्रक्रिया मोड़, डिजिटल निर्माण के क्षेत्र के लिए एक संभावित विघटनकारी विकास है। इस लक्ष्य की ओर एक प्रमुख चुनौती कई पैमानों पर अच्छी सुविधा संकल्प के साथ voxels मुद्रित करने की क्षमता है। यह कहना है, 10 सेकंड या 1-5 माइक्रोन के आदेश पर माइक्रोन से युक्त सुविधाओं के 100 सेकंड के आदेश पर पार्श्व आयामों के साथ voxels। साथ में ले ली, इन घटनाओं इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के बड़े क्षेत्र additive विनिर्माण के लिए महत्वपूर्ण अवसर प्रदान करते हैं।
Disclosures
लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Silver Nano-paste for Screen Printing | Harima Chemicals Group, http://www.harima.co.jp/en/ | NPS Type HP | Store at 10 °C, do not allow to freeze; before using, wait 1 hour for paste to reach room temperature. |
| Buffered HF Solution | http://transene.com/sio2/ | BUFFER HF IMPROVED | Etch rate may vary depending on material structure |
References
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