Micro-muratura per 3D Additivo Micromanufacturing
Summary
Questo articolo introduce una strategia 3D additivo micromanufacturing (chiamato 'micro-massoneria') per la fabbricazione flessibile del sistema microelettromeccanici (MEMS) strutture e dispositivi. Questo approccio comporta il trasferimento di montaggio a base di stampa, di materiali micro / nanoscala in combinazione con tecniche rapide materiale di incollaggio ricottura abilitato termici.
Abstract
Stampa transfer è un metodo per trasferire materiali micro / nanoscala solidi (qui chiamati "inchiostri") da un substrato in cui sono generati ad un substrato diverso utilizzando Stamp elastomerici. Stampa transfer consente l'integrazione di materiali eterogenei per fabbricare strutture unexampled o sistemi funzionali che si trovano in dispositivi avanzati recenti come celle solari flessibili ed estensibili e array LED. Durante la stampa transfer presenta caratteristiche uniche nella capacità di assemblaggio materiale, l'uso di strati adesivi o la modifica della superficie, come la deposizione di monostrati auto-assemblati (SAM) su substrati per migliorare i processi di stampa ostacola la sua vasta adattamento in microstruttura del sistema microelettromeccanici (MEMS) strutture e dispositivi. Per ovviare a questo inconveniente, abbiamo sviluppato una modalità avanzata di stampa a trasferimento che assembla in modo deterministico oggetti microscala singoli esclusivamente attraverso il controllo superficie di area di contattosenza alcuna alterazione superficiale. L'assenza di uno strato adesivo o altra modificazione e processi materiale legante successive garantire non solo legame meccanico, ma anche il collegamento elettrico e termico tra materiali assemblati, che apre ulteriormente varie applicazioni in adattamento a costruire dispositivi MEMS insoliti.
Introduction
Sistemi microelettromeccanici (MEMS), come la miniaturizzazione su larga scala macchine 3D ordinarie, sono indispensabili per far progredire le tecnologie moderne, fornendo miglioramenti delle prestazioni e 1,2 di riduzione dei costi di produzione. Tuttavia, l'attuale tasso di progresso tecnologico in MEMS non può essere mantenuta senza continue innovazioni nelle tecnologie di produzione 3-6. Microfabbricazione monolitico comune si basa principalmente su processi layer-by-layer sviluppati per la fabbricazione di circuiti integrati (IC). Questo metodo ha avuto successo a permettere la produzione di massa di dispositivi MEMS ad alte prestazioni. Tuttavia, a causa della sua complessa layer-by-layer e natura elettrochimica sottrattiva, fabbricazione di forma-diversamente strutture e dispositivi MEMS 3D, mentre facile nel macroworld, è molto difficile da realizzare utilizzando questo microfabbricazione monolitico. Per attivare microfabbricazione 3D più flessibile con la complessità meno di processo, ci DEVEluppato una strategia 3D additivo micromanufacturing (chiamato 'micro / nano-massoneria'), che coinvolge un gruppo basato su stampa, trasferimento di materiali micro / nanoscala in combinazione con tecniche rapide materiale di incollaggio ricottura abilitato termici.
Stampa transfer è un metodo per trasferire materiali solidi microscala (ossia 'inchiostri solidi ») da un substrato in cui sono generati o coltivate su un substrato diverso utilizzando adesione secco controllata di Stamp elastomerici. La procedura tipica di micro-muratura inizia con stampa transfer. Inchiostri solidi prefabbricate sono il trasferimento stampato con un timbro microtip che è una forma avanzata di francobolli elastomerici e le strutture stampate sono successivamente ricotto con una rapida ricottura termica (RTA) che permettono di migliorare inchiostro inchiostro e ink-substrato adesione. Questo approccio produttivo consente la costruzione di strutture microscala insoliti e dispositivi che non possono essere ospitati con altre metodologia esistenteds 7.
Micro-massoneria fornisce diverse caratteristiche interessanti non presenti in altri metodi: (a) la capacità di integrare inchiostri solidi funzionali e strutturali di materiali dissimili da montare sensori MEMS e attuatori tutto integrato all'interno della struttura 3D; (B) le interfacce di inchiostri solidi assemblati possono funzionare come contatti elettrici e termici 9,10; (C) la risoluzione spaziale assemblaggio può essere elevata (~ 1 micron) utilizzando processi litografici altamente scalabili e di facile comprensione per la generazione di inchiostri solidi e fasi meccaniche altamente precisi per stampa transfer 7; e (d) inchiostri solidi funzionali e strutturali possono essere integrati su entrambi i substrati rigidi e flessibili in planare o geometrie curvilinee.
Protocol
Representative Results
Discussion
Micro-muratura, illustrato nella figura 4, prevede l'incollaggio fusione di silicio in una fase di saldatura del materiale. Silicon legame di fusione si ottiene ponendo il campione in un forno di ricottura termica rapida (forno RTA) e riscaldamento del campione a 950 ° C per 10 min. Questa condizione di ricottura è sia adottabile tra Si – Si e Si – SiO 2 bonding 10,11. In alternativa, l'Au legato con una striscia di Si come si trova nella Figura 5C adotta…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).
Materials
| Name of Material / Equipment | Company | Comments / Description | |
| Az 5214 | Clariant | 1.5 mm thick photoresist | |
| Su8-100 | Microchem | 100 mm Photoresist used in mold | |
| Sylgard 184 | Dow Corning | PDMS mixed to fabricate stamp | |
| Hydrofluoric Acid | Honeywell | Acid to etch silicon oxide layer | |
| Silicon on insulator | Ultrasil | Donor substrate was fabricated | |
| trichlorosilane | Sigma-Aldrich | Chemical used to help pealing of PDMS from mold |
Referencias
- Stix, G. Toward “Point one. Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).
- Appenzeler, T. The Man Who Dared to Think Small. Science. 254, 1300-1301 (1991).
- Madou, M. J. Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization. , (2002).
- Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft Lithography. Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).
- Judy, J. W. Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications. Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).
- Jain, V. K. . Micromanufacturing Process. , (2012).
- Keum, H., et al. Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication. J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).
- Keum, H., Chung, H., Kim, S. Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining. ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).
- Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching. Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).
- Klaassen, E. H., et al. Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures. Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).
- Barth, P. W. Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures. Sens Actuators. A21 – A23, 919-926 (1990).
