الصغرى البناء ل 3D المضافة Micromanufacturing
Summary
يقدم هذه الورقة مضافة استراتيجية 3D micromanufacturing (وهو ما يسمى 'البناء الجزئي') لتصنيع مرنة نظام إلكترونية صغيرة (ممس) الهياكل والأجهزة. هذا النهج ينطوي على التجمع القائم على الطباعة نقل المواد متناهية الصغر / النانو بالتعاون مع تقنيات المواد الرابطة تمكين الصلب الحرارية السريع.
Abstract
نقل الطباعة هي طريقة لنقل المواد متناهية الصغر / النانو الصلبة (وتسمى هنا "الأحبار ') من ركيزة حيث يتم إنشاؤها لأنها ركيزة المختلفة من خلال الاستفادة من الطوابع المرنة. نقل الطباعة يتيح دمج مواد غير متجانسة لصنع هياكل مثيل له أو أنظمة وظيفية التي تم العثور عليها في الأجهزة الحديثة المتقدمة مثل خلايا شمسية مرنة ولمط والمصفوفات LED. أثناء الطباعة نقل يسلك ميزات فريدة من نوعها في قدرة التجمع المواد، واستخدام طبقات لاصقة أو تعديل السطح مثل ترسب الذاتي تجميعها أحادي الطبقة (SAM) على ركائز لتعزيز عمليات الطباعة يعيق التكيف على نطاق واسع في microassembly نظام إلكترونية صغيرة (ممس) الهياكل والأجهزة. للتغلب على هذا القصور، وضعنا على الوضع المتقدم لنقل الطباعة التي تجمع حتمي الأجسام الميكروسكيل الفردية فقط من خلال السيطرة على منطقة الاتصال السطحدون أي تغيير السطح. لعدم وجود طبقة لاصقة أو أي تعديل آخر وعمليات المواد الرابطة اللاحقة ضمان الترابط الميكانيكية فحسب، ولكن أيضا اتصال الحرارية والكهربائية بين المواد تجميعها، والذي يفتح المزيد من التطبيقات المختلفة في التكيف في بناء الأجهزة ممس غير عادية.
Introduction
أنظمة ميكانيكية إلكترونية صغيرة (ممس)، مثل التصغير على نطاق واسع آلات 3D العاديين، لا غنى عنها للنهوض التقنيات الحديثة من خلال توفير تحسينات في الأداء وخفض التكاليف 1،2 التصنيع. ومع ذلك، فإن المعدل الحالي للتقدم التكنولوجي في ممس لا يمكن الحفاظ عليها دون الابتكارات المستمرة في تقنيات التصنيع 3-6. التصنيع الدقيق متجانسة مشتركة تعتمد في المقام الأول على طبقة تلو طبقة العمليات المتقدمة لصناعة الدوائر المتكاملة (IC). وكانت هذه الطريقة ناجحة جدا في تمكين انتاج كميات كبيرة من الأجهزة ممس عالية الأداء. ومع ذلك، ونظرا لالمعقدة طبقة تلو طبقة وطبيعة مطروح electrochemically، تصنيع شكل بتنوع الهياكل والأجهزة 3D ممس، في حين من السهل في macroworld، هي صعبة للغاية لتحقيق استخدام هذا التصنيع الدقيق متجانسة. لتمكين أكثر مرونة التصنيع الدقيق 3D مع تعقيد عملية أقل، ونحن ديفيمتخطى مضافة استراتيجية micromanufacturing 3D (وهو ما يسمى 'الصغيرة / نانو البناء') الذي ينطوي على التجمع القائم على الطباعة نقل المواد متناهية الصغر / النانو بالتعاون مع تقنيات المواد الرابطة تمكين الصلب الحرارية السريع.
نقل الطباعة هي طريقة لنقل المواد الصلبة الميكروسكيل (أي 'الأحبار الصلبة') من ركيزة حيث يتم إنشاؤها أو أنها نمت إلى ركيزة مختلفة باستخدام التصاق الجافة التي تسيطر عليها من الطوابع المرنة. الإجراء نموذجية من الأحجار الصغيرة تبدأ الطباعة نقل. الأحبار الصلبة الجاهزة هي نقل المطبوعة باستخدام ختم microtip التي هي شكل متقدم من الطوابع المرنة وصلب الهياكل المطبوعة في وقت لاحق باستخدام الصلب الحرارية السريع (RTA) لتعزيز الحبر الحبر والحبر الركيزة الالتصاق. هذا النهج يتيح للتصنيع بناء الهياكل الميكروسكيل غير عادية، والأجهزة التي لا يمكن استيعابها باستخدام metho الأخرى القائمةس 7.
يوفر الصغرى البناء العديد من الميزات الجذابة غير موجودة في غيرها من الطرق: (أ) القدرة على دمج الأحبار الصلبة الوظيفية والهيكلية المواد المختلفة لتجميع أجهزة الاستشعار والمحركات ممس كل متكامل داخل هيكل 3D؛ (ب) واجهات من الأحبار الصلبة تجميعها يمكن أن تؤدي وظيفة والاتصالات الكهربائية والحرارية 9،10؛ (ج) القرار المكانية التجمع يمكن أن تكون عالية (~ 1 ميكرون) من خلال الاستفادة من عمليات الطباعة الحجرية عالية قابلة للتطوير ومفهومة جيدا لتوليد الأحبار الصلبة ومراحل الميكانيكية عالية الدقة لنقل الطباعة (7)؛ و (د) يمكن أن تكون متكاملة الأحبار الصلبة الوظيفية والهيكلية على حد سواء ركائز صلبة ومرنة في مستو أو هندستها منحني الأضلاع.
Protocol
Representative Results
Discussion
الصغرى والبناء، وعرضت في الشكل 4، ينطوي على الانصهار السيليكون الترابط في خطوة الترابط المادية. ويتحقق الترابط السيليكون الانصهار من خلال وضع العينة في فرن التلدين الحراري السريع (RTA الفرن) وتسخين العينة في 950 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة. هذا الشرط الصلب على حد س?…
Disclosures
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 |
References
- 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).
