Abstract
Gennem det seneste årti har der været meget udvikling af ikke-litografiske metoder 1-3 til udskrivning metalliske farver eller andre funktionelle materialer. Mange af disse processer, såsom inkjet 3 og laser-induceret fremad overførsel (LIFT) 4 er blevet stadig mere populære som interesse i printbare elektronik og maskless mønster er vokset. Disse additiv fremstillingsprocesser er billige, miljøvenlige, og velegnet til rapid prototyping, i forhold til mere traditionelle halvleder behandlingsteknikker. Mens de fleste direkte skrive processer er begrænset til to-dimensionelle strukturer og kan ikke håndtere materialer med høj viskositet (især inkjet), kan LIFT transcendere både begrænsninger, hvis udført korrekt. Kongruent overførsel af tredimensionelle pixels (kaldet voxels), også kaldet laser decal overførsel (LDT) 5-9, er for nylig blevet demonstreret med LIFT teknik ved hjælp højviskose Ag nanopastes at fremstille fritstående interconnects, komplekse voxel former og high-aspekt-forholdet strukturer. I dette papir udviser vi en enkel, men alsidig fremgangsmåde til fremstilling af en række forskellige mikro- og makroskala Ag strukturer. Strukturer omfatter enkle former for mønstret elektriske kontakter, bygge bro og cantilever strukturer, high-aspekt-forholdet strukturer og single-shot, store område overførsler ved hjælp af en kommerciel digital micromirror enhed (DMD) chip.
Introduction
Additive trykteknikker er af stor interesse for mønsterdannelse af funktionelle materialer på forskellige underlag. Disse såkaldte "direkte-write" processer, herunder micropen 10, direkte-write samling 11, inkjet 12, og LIFT 4, er velegnede til fremstilling af en lang række har størrelser fra sub-micron til makroskala 1,2 . De primære fordele ved disse teknikker er lave omkostninger, miljøvenlighed, og hurtige service fra koncept til prototype. Faktisk rapid prototyping er en primær anvendelse til sådanne processer. De anvendte af disse fremgangsmåder materialer består typisk af en nanopartikel suspensionen inden et opløsningsmiddel og generelt kræver en ovn hærdningstrin efter afsætning for at realisere deres funktionelle egenskaber. Selvom micropen og direkte-write samling er forholdsvis enkel at gennemføre, både stole på en kontinuerlig kontakt filament med det modtagende substratunder dispensering. Selvom inkjet er en enkel, ikke-kontakt direkte-write fremgangsmåde, er det normalt begrænset til overførsel af lav viskositet, kemisk godartede nanopartikler suspensioner for at undgå tilstopning og / eller korrosion af dispenser dyser. Desuden, trykning mønstre med veldefinerede kant funktioner ved inkjet er meget vanskeligt i betragtning af den variable adfærd væsker på forskellige overflader og deres deraf følgende ustabilitet på grund af befugtning virkninger 13. Uanset hvad, har inkjet haft mest opmærksomhed fra forskere hidtil.
LIFT, på den anden side, er et ikke-kontakt, dyse-fri additiv proces, som er i stand til at overføre høj viskositet pasta med veldefinerede kanter. I denne proces, der kontrolleres mængder af komplekse materialer overføres fra en donor substrat (eller "bånd") til en modtagende substrat ved hjælp laserpulser 4 som vist skematisk i figur 1. Ved brug høj viskositet pasta, det er Eventueltsible for den trykte voxel, der svarer til størrelsen og formen af puls tværsnit hændelsen laseren 5. Denne proces er blevet omtalt som laser decal overførsel (LDT), og tilbyder en unik tilgang til direkte skrivning, hvor voxel form og størrelse er let kontrollerbare parametre, gør det muligt for ikke-litografiske generation af strukturer til en bred vifte af applikationer såsom kredsløb reparation 14, metamaterialer 7, forbinder 8 og fritstående strukturer 15. Evnen til at deponere komplekse former i et transfer trin reducerer behandlingstiden og undgår problemer i forbindelse med sammenlægning af flere voxels, et fælles problem i de fleste digitale trykteknikker. Evnen til dynamisk justere den rumlige profil af individuelle laserpulser 17 tjener til at forøge skrivehastigheden for LDT i forhold til andre laser direkte skrive (LDW) teknikker. Som et resultat af disse behandlinger fordele, henvises til LDT processen som værende"Delvis paralleliseret" eftersom den tillader kombinationen af flere serielle skrivning trin i en enkelt parallel én. Graden af parallelisering sidste ende afhænger af evnen til hurtigt at ændre laser tværsnit profil, og derfor formen af den resulterende voxel, og af den hastighed, hvormed båndet og substratet kan oversættes.
At hjælpe med at visualisere processen, er opførslen af et materiale under løftet proces afbildet skematisk i figur 2A, 2C og 2E for tre forskellige pasta viskositeter. For trykfarver lav viskositet (Figur 2A) 9, overdragelsesprocessen følger jetting adfærd, hvilket resulterer i dannelse af afrundede, halvkugleformede voxels (figur 2B) 18. Figur 2C viser flytningen for meget høj viskositet suspensioner, hvori den udstødte voxel oplever fragmentering svarende til hvad er observeret med LIFT af sålåg keramiske lag 19. Figur 2E afbilder LDT overførsel af Nanopasta med en egnet, mellemliggende viskositet, hvor den frigivne voxel ikke er underlagt forme deformation som følge af overfladespænding virkninger og når det modtagende substrat intakt. Virkningen af viskositet på formen af de overførte voxels er vist i atomic force mikroskopi (AFM) billeder i figurerne 2B, 2D, og 2F. Som figur 2F viser, er det muligt at opnå skarpe, veldefinerede voxels for et passende udvalg af viskositeter, normalt ~ 100 Pa · sek for Ag af nanopasta 5.
Samlet set har der været få rapporter om metoder, der kombinerer berøringsfri udskrivning med potentiale for micron opløsning 3D strukturer. Den LDT metode giver en freeform proces, der kan opdigte forbinder med ultrafine beg bonding kapaciteter. En række applikationer, herunder sarte elektroniske enheder, organisk elektronikOg MEMS (MEMS) kunne drage fordel af en sådan proces. Her demonstrerer vi en proces for ikke-kontakt, tre-dimensionelle udskrivning samt single-laser-skud, stort område udskrivning (via DMD chip) af høj viskositet Ag af nanopasta.
Protocol
1. Gør Donor Substrater
- Maskere kanterne af en glasplade med tape efterlader et centralt område af udækket glas.
- Sænk slæden i buffered HF (6: 1-forhold mellem 40% NH4F i vand til 48% HF i vand) i 3-15 min. Bemærk: Dette vil etch centrum af objektglasset, som er umaskeret, hvilket skaber en brønd. Dybden af brønden skal være mellem 1 og 5 um, som kan bestemmes via en stylus profilometer eller AFM efter fabrikantens instruktioner.
- Fjerne tapen maske.
2. Oprettelse af farvebånd
- Spred en lille mængde Ag pasta ved den ene side af brønden. Sikre, at der er nok til at fylde brønden, nogenlunde i 10 mg interval. Det er ikke nødvendigt at måle mængden første, dog.
- Fast trække en lige metalblad tværs brønden, sprede et tyndt lag af pasta tværs sin helhed. Ensartet at fordele pastaen uden tynde pletter. Slutproduktet med this proces - en lille brønd indeholdende Ag blæk - kaldes "bånd".
- Tør pasta, spredes udenfor godt med en lab serviet.
3. Tørring båndet
- Placer båndet med forsiden opad i en lav fugtighed. En kasse fyldt med tør nitrogen fungerer bedst.
- Efterlad båndet i mindst 2 timer ved stuetemperatur. På dette tidspunkt, bør viskositet blækket være høj nok til at udskrive.
Bemærk: Efter tilstrækkelig tørring, kan farvebånd opbevares i ca. en måned ved at placere godt med forsiden nedad på en anden glasplade og lagring i et tørt-kvælstof miljø. Når gemt på denne måde, det er i orden at forlade farvebånd uden opsyn i længere tid.
4. Udskrivning Voxels
- Monter modtageren substrat til en XY translationel trin under anvendelse af et vakuum borepatron eller dobbeltklæbende tape. Bemærk: Modtageren Underlaget skal være fladt, men der er ingen andre begrænsninger. Silicium wafers, GLrøv dias eller 200 ° C kompatible polymerer er alle acceptable receiver substrater.
- Placer farvebånd forsiden nedad på modtageren substrat.
- Fokusere den optiske opstilling gennem bagsiden af donorsubstratet, på den bageste overflade af blækket inden i brønden.
BEMÆRK: Der er mange måder at arrangere optikken til denne proces, men de følgende trin / komponenter er nødvendige:- Brug en pulserende UV-laser med en bom "top-hat" rumlige energifordeling (i modsætning til Gauss). Brug en laser i stand til kontrollerbart fyring individuelle impulser, som kan kræve en akustisk-optisk modulator. Den akustisk-optiske modulator tillader brugeren at kontrollere affyring af enkelte impulser.
- Passerer strålen gennem en åbning, formning tværsnittet af strålen til den ønskede form. Bemærk, at formen af åbningen bestemmer formen af den voxel. Det vil sige, åbningen er i det væsentlige afbildet på donorsubstratet, analog med mask projektion.
- Brug en mikroskopisk mål at reducere størrelsen af afsnittet strålen kors, der bestemmer størrelsen af den udskrevne voxel. For eksempel, hvis en 10 gange objektive udbytter firkantede voxel med 50 um laterale dimensioner, så en 50X objektiv udskriver den samme form (kvadratisk) voxels med 10 um laterale dimensioner.
- Placer et videokamera på linje (via stråledeleren) med den mikroskopiske mål. Dette giver mulighed for aktiv overvågning af farvebånd.
- Affyre et enkelt laser impuls på donorsubstratet. En rimelig startværdi for laserfluensen er i området fra 40-60 mJ / cm2. Sikre, at der er en synlig hul i form af tværsnittet af laserstrålen hvor voxel blev skubbet ud. Hvis hullet ikke er synlig, er der flere mulige årsager:
- Ude af fokus.
- Justere højden af den fokuserende objektiv. Dette kan bringe hullet i fokus.
- Lavenergi.
- langsomt increase energien af laseren op til en fluens på 60-80 mJ / cm2. Tykkere farvebånd kan kræve høje intensitetsniveauer værdier.
- Blæk Viskositet for lav.
- Hvis en voxel udstødes men hullet i farvebåndet straks genopfylder, derefter viskositet blækket stadig er for lav, således tørre båndet i yderligere 30 minutter, efter vejledning i trin 3 og derefter begynde trin 4 igen.
- Ude af fokus.
- Flyt XY translationel etape langs X og Y-aksen til en ny plet.
- Fire en enkelt laser puls på donorsubstratet igen, skubbe en voxel og forlader en skarpt defineret hul, hvor voxel blev skubbet ud fra farvebåndet.
5. Udskrivning Komplekse strukturer
- Opret linjer ved forbinder tilstødende voxel på følgende måde:
- Overfør en voxel som beskrevet i 4.1-4.4.
- Flyt XY translationel etape voxel længde langs X eller Y-retning.
- Overfør en voxel som beskrevet i 4.1-4.4.
- Gentag denne proces, indtil der opnås en tilstrækkelig lang linje.
- Opret bro eller cantilever strukturer på følgende måde:
- Juster strålen, således at den skubbet ud voxel vil bygge bro en geometrisk hul på donorsubstratet ELLER således at en del af voxel vil overhæng forbi kanten af en geometrisk hul.
- Overfør en voxel som beskrevet i 4.1-4.4. Bemærk: Hvis pastaen viskositeten er for lav, kan den voxel i overensstemmelse med de funktioner nedenunder stedet for at skabe en bro eller cantilever.
- Opret høje formatforhold strukturer på følgende måde:
- Overfør en voxel som beskrevet i 4.1-4.4.
- Uden at flytte modtageren substrat, flytte donor substrat til en frisk plet på farvebåndet.
- Overfør en voxel som beskrevet i 4.1-4.4.
- Gentag trin 5.3.2 og 5.3.3, indtil en funktion i tilstrækkelig heiGHT opnås. Hvis strukturen er bygget højere end ~ 3-5 um, periodisk indsætte afstandsstykker mellem donor og modtager substrat, således at voxel stakken og farvebåndet ikke kommer i direkte kontakt. Bemærk, at optikken vil skulle refokuseres som beskrevet i afsnit 4.4.1 for at tage højde for ændringen i donorsubstratet højde.
6. Udskrivning Komplekse billeder via DMD Chip
- Tegn eller uploade billede af den ønskede voxel form. Kontroller, at formatet af billedet filen er en bitmap. Bemærk: Det er afgørende at anvende demagnification faktor af det optiske system til at skalere tegningen til størrelsen af den voxel, der skal udskrives. Den DMD væsentlige erstatter blænde, så i stedet for billeddannelse i strålen med hvad er hovedsagelig maskere projektion, er en vifte af mikrospejle bruges til at forme strålen.
- Vælg passende laser (UV eller grøn).
- Tænd DMD og åbne DMD-software.
- Klik på "Åbn Image" og belastning bitmap pattern. Vælg Load og Nulstil.
- Klik på "Tilføj". Navn på bitmap-fil skal vises i højre panel.
- Klik på "Run Once". Bitmap mønster er nu fyldt på DMD.
- Arrangere donor- og modtager-substrater som beskrevet i trin 4.1 til 4.3. Overfør blæk som skitseret i trin 4.4 til 4.6.
- Når overførsler er en succes, skal du gentage trin 6,3-6,4 hvis nødvendigt; derefter fortsætte til trin 7.
7. Furnace
Når alle voxels er trykt, helbrede dem i en ovn.
- Anbring receiveren substrat opad i ovnen.
- Efterlad at hærde ved 180 ° C i 2 timer.
Representative Results
Figur 3 viser et repræsentativt donor substrat med en brønd i midten. En standard objektglas blev anvendt til donorsubstratet, og dybden af brønden i dette tilfælde er 1 um. Bemærk, at alle Ag Nanopasta er begrænset til den rektangulære brønd og resten af substratet er ren. Det er også vigtigt at bemærke, at farvningen er ensartet, hvilket indikerer nogenlunde ensartet pasta tykkelse. Regioner med lysere farve indikerer tynde pletter, som er bedst undgås. Figur 4 viser en 20X optisk billede af donorsubstratet efter en 6x6 matrix af 20 pm x 20 um firkantede voxels er blevet skubbet ud. I dette ideelle tilfælde, er der ingen pasta rester hullerne, og alle voxel var fuldt bortvist fra båndet. Hvis energien er utilstrækkelig, eller hvis der er væsentlige hotspots i bjælken profil, voxels kun delvist frigøre og forblive fast på bagsiden af båndet.
Voxels skubbet ud fra pastes med forskellige viskositeter kan findes i figur 5 9. Når pastaen viskositeten er lav, dvs. ikke er blevet tilstrækkeligt tørret, overfladespænding vil bevirke, at voxels bliver mere afrundet, miste deres oprindelige form (som det ses i figur 5A og B ). Bemærk hvordan formen af voxels i figur 5B er forskellige fra beam former (vist i det indsatte på fig 5B). På den anden yderlighed, når pastaen viskositeten er høj, dvs. har været over-tørret, voxels har en tendens til brud, når udsprøjtet som det ses i figur 5C og D. Således er en mellemliggende viskositetsområde, der tillader overførsel af unfractured voxels, der bevarer formen af bjælken profil som det ses i figur 5E og F. Vi demonstrerer to varianter af voxel-kæder, som danner lange ledende linier. Den første var en simpel end-to-end kæden i which 40 x 60 um 2 voxels blev overført ved siden af hinanden (figur 6A og B) 20. Generelt er denne bindingsgruppe metode var noget upålidelig, med delvis eller helt brudt grænseflader fremkommet efter en blød hærdning ved 100 ° C (som set i figur 6B). Den anden metode indskåret, sammenlåsende voxler overførte ende-til-ende (figur 6C og D). De stiplede linjer i figur 6C skitsere den oprindelige form af de voxels, som den høje kvalitet af grænsefladen gør det vanskeligt visuelt at løse de enkelte figurer. Denne effekt er meget klar i figur 6D, hvor sømmen mellem voxels er næsten usynlig. Det takkede geometri var mere pålidelig end den simple end-to-end, med næsten alle grænseflader resterende kontinuert efter en 100 ° C kur. Figur 7 viser forskellige stabling geometrier, mønstre og billedformater. En enkeltvoxel gennemkører en 100 um bred Si skyttegrav kan findes i figur 7A. Modtagelse af den rigtige viskositet er af allerstørste betydning for at bygge bro eller fritstående ansøgninger for at forhindre, at voxel fra sagging eller i overensstemmelse med geometrien af modtagerens substrat. Kompleks, flerlagsstrukturer kan ses i figur 7B-D, inklusive to stablede pyramider og højdimensionsforhold mikro søjler. Disse geometrier er vigtige for applikationer, der kræver lodrette og spænder forbindelsesledninger. Endelig figur 8A viser en alternativ optiske opstilling, som benytter et kommercielt DMD chip, omtales som en "digital spejlindretning" i diagrammet. Som beskrevet i trin 6, kan store, komplekse billeder indlæses på computeren og overføres med en enkelt laser impuls. En udskrevet NRL logo kan findes i figur 8B. Vi bemærker, at med et enkelt skud, kan vi overføre en pasta struktur med en længde på 1 mm og en funktion resolution af ~ 20 um.
Figur 1. Skematisk diagram af LDT setup. Bemærk, at voxel form er bestemt af tværsnitsarealet stråle form kun for høj viskositet blæk. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Skematisk diagram voxel udslyngning. Diagrammer viser udviklingen i overførsel til (A) lav viskositet, (C) høj viskositet, og (E) mellemliggende viskositet. AFM plots af de resulterende voxels er tilvejebragt i (B), (D) og (F) hhv. Dette tal er blevet ændret fra [9]. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Billede af Ag Nanopasta donor substrat. Underlaget i sig selv er et objektglas med et 1 um dyb brønd i midten. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. 20X optisk billede af pastaen lag på båndet (donor substrat) efter voxel overførsel. Sharp, veldefinerede kanter og mangel på rest indikerer tilstrækkelig pasta tørring og fuldstændig overførsel af materiale fra båndet.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5. Scanning elektronmikroskopi (SEM) billeder af flere forskellige voxels. Bjælkeprofiler er afbildet i det indsatte (B). Tre forskellige voxel figurer blev trykt fra lav viskositet (A, B), høj viskositet (C, D), og mellemliggende viskositet (E, F). Bemærk, at lav viskositet fører til et tab af form og voxel skarphed, mens høj viskositet fører til voxel frakturering. Dette tal har været ændret siden [9]. Klik her for at se en større version af dette tal.
. Figur 6. SEM billeder af konjunktion voxel kæder To forbinder geometrier er afbildet: simple ende-til-ende (A, B) og kærv-sikringsanlæg (C, D). Generelt notched-sammenlåsende geometrier findes at være mere pålidelige mens simpelt ende mod ende har en tendens til at revne på grund af krympning under ovnen trin. Dette tal har været ændret siden [20]. Klik her for at se en større version af dette tal.
. Figur 7. SEM billeder af flere komplekse voxel strukturer Geometrier indeholde: En rektangulær voxel brodannende en 100 um bred trench (A), en flerlags s caffold (B), en høj aspect ratio pyramide (C), og flere high aspect ratio mikro søjler (D). Dette tal har været ændret siden [8]. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8. Skematisk diagram og resultaterne af LDT via DMD chippen. I det skematiske diagram (A) har laseråbningen blevet erstattet med DMD chip, som er en stor samling af mikro-spejle. Mønstret fra en billedfil kan trofast afbildet på donorsubstratet, skubbe en nøjagtig kopi af mønstret af voxel i en enkelt skud. Som et eksempel, har en NRL logo (B) blevet overført af en enkelt laser skud.ig8large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
I dette papir, har vi vist en proces for ikke-kontakt, tre-dimensionelle udskrivning samt single-laser-skud, stort område udskrivning (via DMD chip) af høj viskositet Ag af nanopasta. I modsætning til andre direkte-write teknikker, såsom inkjet, den LDT teknikken beskrevet her muliggør trykning af komplekse voxel figurer med en laser puls, dvs i et enkelt trin. Mens mange aspekter af proceduren kan synes ligetil, er der flere trin, der kræver iterative test for at optimere. Først pasta tørhed og viskositet er de vigtigste faktorer for en vellykket overdragelse. Selv om disse punkter er allerede blevet understreget flere gange i teksten Vi fastholder det punkt her for at understrege vigtigheden. Hvis viskositet blækket er for lav, så vil det være umuligt at udskrive skarpe, veldefinerede voxel former. En afslørende tegn på, at viskositeten blækket er for lav opstår ved forsøg på at skubbe en voxel. Når laseren puls affyres, denvoxel vises for momentant skubbe, men blækket vil udfylde hurtigt tilbage i hullet efterladt i donorsubstratet. I dette tilfælde skal brugeren stoppe affyring af laseren og blækket skal behandles yderligere som beskrevet i trin 3.1 og 3.2. Hvis viskositet blækket er for høj, vil den voxel overdragelsesprocessen vises succes på båndet. Men når undersøger voxels på receiveren substrat, vil der være betydelige tåreflåd, frakturering, eller snavs. I dette tilfælde skal brugeren bortskaffe det aktuelle bånd og lave en ny bånd som skitseret i afsnit 2. Optimering af blæk viskositet og tørretid bør ske ved at evaluere kvaliteten af voxel transfer forsøg. Vi anbefaler ikke forsøger at måle viskositeten af pastaen på noget tidspunkt. For det andet, laserfluensen er næsten lige så vigtig som blæk viskositet og meget små ændringer i fluens kan have en betydelig indvirkning på processen. Det bør være helt klart, når energien er for lav - voxelvil ikke skubbe fra donor substrat. Det anbefales at begynde med fluens interval foreslået i trin 4.4, og derefter meget gradvist øge værdien. Den laveste energi, der resulterer i en fuldstændig overdragelse kaldes "tærskel indflydelse". Det er ofte bedst at operere ved eller nær tærsklen fluens fordi højere intensitetsniveauer værdier vil være tilbøjelige til brud eller rive voxel. Endelig afhængig af sorten af laser, der anvendes til processen, kan der være hotspots i laseren profil. Dette kan kræve en justering af åbningen til at prøve en mere homogen region af bjælken. Hvis formen af skubbet voxel er skæv eller dårligt matcher formen af sektionen strålen kors, kunne laser hotspots eller blæk lagtykkelse eller ensartethed ansvarlig.
Beyond fejlfinding, der er et par begrænsninger for teknik. Det sidste ovn hærdetrinnet gør det vanskeligt eller umuligt at opnå voxel med de ønskede funktionelle egenskaber på ikke-high-temperatur kompatible substrater. Generelt Ag nanopasta anvendes i dette håndskrift kræver en hærdetemperatur på mindst 150 ° C for at opnå rimelige ledningsevneværdier. Fremstillingen af farvelaget på donorsubstratet skal optimeres yderligere at forbedre tykkelsesensartethed, areal dækning og behandlingstid. Blækket lagtykkelse har en dramatisk effekt på tærsklen fluens og overførsel kvalitet, og uhomogene tykkelse kan gøre overførslen svært, især når du overfører voxels mindre end 20 um x 20 um. Den nuværende udformning for donorsubstratet gør det vanskeligt at skabe bånd større end 10s cm, hvilket begrænser stort areal gennemløb. Således er udviklingen af alternative donorsubstrat designs, såsom hjuls-to-hjuls eller roterende skive, ville kræves til forøget automatisering og større område forarbejdning.
Styrken af LDT teknik ligger i evnen til at overføre fluider med højviskositeter der andre teknikker drop-on-demand ikke kan håndtere. Fordelene ved LDT kan adskilles i to situationer, hvor det første, trykning høj viskositet pasta tilbyder en forbedring af kvalitet eller hastighed over udskrivning pasta lav viskositet og for det andet, i situationer, hvor udskrivning med høj viskositet pasta muliggør strukturer, der ikke er tilgængelige for udskrivning lav viskositet . Eksempler på fordele i den første kategori er: minimal voxel variabilitet fra befugtning effekter, høj grad af kontrol over voxel form og størrelse, minimal krympning under hærdningen, og lav laser energi i forhold til andre LIFT processer (og dermed lav transfer hastighed). Eksempler i den anden kategori er: trykning af høj aspekt-forholdet strukturer, bridging strukturer, køreledningsophæng, og enhver anden struktur, der kræver god voxel-form-fastholdelse. Ved at kombinere den LDT processen med DMD chippen, er parallel trykning af komplekse former og mønstre aktiveret, hvilket i høj grad fremskynder den samlede proces. Endvidere than bruge af en DMD at forme voxels tillader design skal opdateres mellem laser pulser, muliggør hurtig udskrivning af dynamisk omkonfigurerbare voxel. Generelt opdateringshastigheden af DMD (33 kHz) er lidt langsommere end max gentagelseshastighed på laseren (100 kHz eller højere), men det hastighedsbegrænsende faktor for udskrivningshastigheden er den fase oversættelse.
De primære muligheder for avancement med LDT-systemet er den fortsatte udvikling af yderligere materiale, forbedre båndet produktionsprocessen, og fortsætter med at opskalere processen ved at integrere digital lys behandling (DLP) teknologi såsom DMD chippen. Selvom metalliske og isoleringsmaterialer med succes er blevet overført gennem denne proces, har nogle aktive materialer blevet udviklet. Evnen til at udskrive piezoelektriske, magnetiske eller optoelektroniske materialer med LDT processen kunne åbne enorme teknologiske muligheder. Som det er nu, geometri donor substsats grænser skalerbarhed. Udviklingen af hjul-til-hjuls eller roterende skive donor substrater vil strømline processerne betydeligt. Endelig kombination af LDT med DLP-teknologi er en potentielt forstyrrende udvikling for området for digital fabrikation, dreje en tidligere seriel proces til en yderst parallel proces. En central udfordring mod dette mål er mulighed for at udskrive voxel med god funktion opløsning på flere skalaer. Det vil sige, voxels med laterale dimensioner i størrelsesordenen 10 sekunder eller 100 sekunders um indeholdende funktioner i størrelsesordenen 1-5 um. Tilsammen denne udvikling rummer et stort potentiale for store område additiv fremstilling af elektroniske komponenter.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
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
- Park, J. U., et al. High-resolution electrohydrodynamic jet printing. Nature Mater. 6, 782-789 (2007).
- Hon, K. K. B., Li, L., Hutchings, I. M. Direct writing technology - Advances and developments. CIRP Ann. 57, 601-620 (2008).
- Calvert, P. Inkjet Printing for Materials and Devices. Chem. Mater. 13, 3299-3305 (2001).
- Arnold, C. B., Serra, P., Piqué, A. Laser direct-write techniques for printing of complex materials. MRS Bulletin. 32, 23-31 (2007).
- Park, J. U., et al. High-resolution electrohydrodynamic jet printing. Nature Mater. 6, 782-789 (2007).
- Hon, K. K. B., Li, L., Hutchings, I. M. Direct writing technology - Advances and developments. CIRP Ann. 57, 601-620 (2008).
- Calvert, P. Inkjet Printing for Materials and Devices. Chem. Mater. 13, 3299-3305 (2001).
- Arnold, C. B., Serra, P., Piqué, A. Laser direct-write techniques for printing of complex materials. MRS Bulletin. 32, 23-31 (2007).
- Piqué, A., Auyeung, R. C. Y., Kim, H. K., Metkus, M., Mathews, S. A. Digital microfabrication by laser decal transfer. J. Laser. Micro. Nanoeng. 3, 163-168 (2008).
- Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Birnbaum, A. J., Zalalutdinov, M., Mathews, S. A., Piqué, A. Laser decal transfer of freestanding microcantilevers and microbridges. Appl. Phys. A. 97, 513-519 (2009).
- Kim, H., Melinger, J. S., Khachatrian, A., Charipar, N. A., Auyeung, R. C. Y., Piqué, A. Fabrication of terahertz metamaterials by laser printing. Opt. Lett. 35, 4039-4041 (2010).
- Wang, J., Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Charipar, N. A., Piqué, A. Three-dimensional printing of interconnects by laser direct-write of silver nanopastes. Adv. Mater. 22, 4462-4466 (2010).
- Mathews, S. A., Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Charipar, N. A., Piqué, A. High-speed video study of laser-induced forward transfer of silver nano-suspensions. J. Appl. Phys. 114, 064910 (2013).
- King, B. H., Dimos, D., Yang, P., Morissette, S. L. Direct-write fabrication of integrated, multilayer ceramic components. J. Electroceram. 3, 173-178 (1999).
- Lewis, J. A. Direct ink writing of 3D functional materials. Adv. Funct. Mater. 16, 2193-2204 (2006).
- Calvert, P. Inkjet printing for materials and devices. Chem. Mater. 13, 3299-3305 (2001).
- Kang, H., Soltman, D., Subramanian, V. Hydrostatic Optimization of Inkjet-Printed Films. Langmuir. 26, 11568-11573 (2010).
- Piqué, A., et al. Laser decal transfer of electronic materials with thin film characteristics. Proc. SPIE. 6879, 687911 (2008).
- Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Birnbaum, A. J., Zalalutdinov, M., Mathews, S. A., Piqué, A. Laser decal transfer of freestanding microcantilevers and microbridges. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 97, 513-519 (2009).
- Soltman, D., Smith, V., Kang, H., Morris, S. J. S., Subramanian, V. Methodology for inkjet printing of partially wetting films. Langmuir. 26, 15686-15693 (2010).
- Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Charipar, N., Birnbaum, A., Mathews, S., Piqué, A. Laser forward transfer based on a spatial light modulator. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 102, 21-26 (2011).
- Duocastella, M., Fernandez-Pradas, J. M., Serra, P., Morenza, J. L. Jet formation in the laser forward transfer of liquids. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 93, 453-456 (2008).
- Feinaueugle, M., Alloncle, A. P., Delaporte, P., Sones, C. L., Eason, R. W. Time-resolved shadowgraph imaging of femtosecond laser-induced forward transfer of solid materials. Appl. Surf. Science. 258, 8475-8483 (2012).
- Breckenfeld, E., Kim, H., Auyeung, R. C. Y., Charipar, N., Serra, P., Piqué, A. Laser-induced forward transfer of silver nanopaste for microwave interconnects, A. Appl. Surf. Science. 331, 254-261 (2015).
