Micro-mampostería para 3D Aditivo Microfabricación
Summary
Este documento presenta una estrategia 3D microfabricación aditivo (denominado «micro-albañilería ') para la fabricación flexible del sistema microelectromecánicos (MEMS) estructuras y dispositivos. Este enfoque implica el montaje basado en la impresión de transferencia de materiales micro / nanoescala en conjunción con técnicas de material de unión de recocido térmico rápido habilitado.
Abstract
Impresión por transferencia es un método para transferir materiales micro / nanoescala sólidos (en el presente documento denominados 'tintas') a partir de un sustrato en el que se generan a un sustrato diferente mediante la utilización de sellos elastoméricos. Impresión de transferencia permite la integración de materiales heterogéneos para fabricar estructuras o sistemas sin ejemplo funcionales que se encuentran en dispositivos avanzados recientes tales como las células solares flexibles y estirables y matrices de LED. Mientras que la impresión por transferencia presenta características únicas en la capacidad de montaje de material, el uso de capas de adhesivo o la modificación de la superficie tales como la deposición de auto-ensamblado monocapa (SAM) sobre sustratos para la mejora de procesos de impresión dificulta su amplia adaptación en micromontaje de sistema microelectromecánicos (MEMS) estructuras y dispositivos. Para superar este inconveniente, hemos desarrollado un modo avanzado de la impresión de la transferencia que reúne de manera determinista objetos microescala individuales únicamente a través de control de área de contacto superficialsin ninguna alteración de la superficie. La ausencia de una capa de adhesivo u otra modificación y los procesos de material de unión posteriores garantizar no sólo la unión mecánica, pero la conexión también térmica y eléctrica entre materiales ensamblados, que abre aún más diversas aplicaciones en la adaptación en la construcción de dispositivos de MEMS inusuales.
Introduction
Sistemas microelectromecánicos (MEMS), tales como la miniaturización de las máquinas ordinarias 3D a gran escala, son indispensables para el avance de las tecnologías modernas, proporcionando mejoras en el rendimiento y la reducción de 1,2 coste de fabricación. Sin embargo, al ritmo actual de avance tecnológico en MEMS no se puede mantener sin continuas innovaciones en las tecnologías de fabricación de 3-6. Microfabricación monolítica Común se basa principalmente en los procesos capa por capa desarrollados para la fabricación de circuitos integrados (IC). Este método ha tenido bastante éxito a permitir la producción en masa de dispositivos MEMS de alto rendimiento. Sin embargo, debido a su compleja capa por capa y la naturaleza electroquímica sustractivo, la fabricación de estructuras y dispositivos 3D MEMS en forma de manera diversa, mientras que es fácil en el macromundo, es muy difícil de lograr con este microfabricación monolítica. Para activar la microfabricación 3D más flexible con menor complejidad proceso, DEVEllado una estrategia microfabricación aditivo 3D (llamado 'micro / nano-albañilería'), que consiste en un montaje basado en la impresión por transferencia de materiales micro / nanoescala en conjunción con técnicas de material de unión de recocido térmico rápido habilitado.
Impresión por transferencia es un método para transferir los materiales a microescala sólidos (es decir, 'tintas sólidas') a partir de un sustrato en el que se generan o se cultivan a un sustrato diferente mediante el uso de adherencia en seco controlada de sellos elastoméricos. El procedimiento típico de micro-mampostería se inicia con la impresión de transferencia. Tintas sólidas son prefabricadas de transferencia impresa utilizando un sello micropunta que es una forma avanzada de sellos elastoméricos y las estructuras impresas son recocidos posteriormente utilizando recocido térmico rápido (RTA) para mejorar de tinta de tinta y la adherencia-sustrato de tinta. Este enfoque de fabricación permite la construcción de estructuras de microescala inusuales y dispositivos que no pueden ser acomodados usando otra meto existenteDS 7.
Micro-mampostería proporciona varias características atractivas que no están presentes en otras formas: (a) la capacidad de integrar las tintas sólidas funcionales y estructurales de materiales diferentes para montar los sensores MEMS y actuadores todo ello integrado dentro de la estructura 3D; (B) las interfaces de tintas sólidas ensamblados pueden funcionar como contactos eléctricos y térmicos 9,10; (C) la resolución espacial de montaje puede ser alta (~ 1 m) mediante la utilización altamente escalables y bien entendidos procesos litográficos para la generación de tintas sólidas y etapas mecánicas altamente precisas para la transferencia de la impresión 7; y (d) las tintas sólidas funcionales y estructurales se pueden integrar en ambos sustratos rígidos y flexibles en plano o geometrías curvilíneas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Micro-mampostería, presentado en la Figura 4, implica la unión por fusión de silicio en una etapa de unión de material. Unión por fusión de silicio se consigue colocando la muestra en un horno de recocido térmico rápido (RTA horno) y calentando la muestra a 950 ° C durante 10 min. Esta condición de recocido es tanto adoptables entre Si – Si y Si – SiO2 10,11 unión. Alternativamente, el Au unida con una tira de Si como se encuentra en la Figura 5C adopta …
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).
