This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).

1. Máscaras de projeto para fabricação de substrato Donor <ol><li> Projete uma máscara com geometria desejada. Para fabricar 100 mm x 100 mm unidades individuais de silício quadrados, desenhe uma matriz de 100 mm x 100 mm quadrados. </li><li> Projetar uma segunda máscara com uma geometria idêntica, com cada lado que se estende um adicional de 15 mm. Para a matriz de 100 mm x 100 mm quadrados, desenhe uma matriz de 130 um x 130 mM quadrados que podem cobrir os quadrados no passo 1.1. </li><li> Projete a geometria âncora. Desenhar quatro 20 um x 40 um rectângulos, cada centrado ao longo de uma borda de um quadrado. Coloque as estruturas de modo que o primeiro 15 mM mM cobre o original de 100 x 100 mm quadrado no passo 1.1 e os restantes 25 mM estende para fora (como mostrado na Figura 2). NOTA: Qualquer forma e as dimensões podem ser utilizados, desde que os contactos de ancoragem, tanto o material de modelado e o substrato. Uma das extremidades desta âncora cobre a origemai geometria na etapa 1.1 e a outra extremidade deve prolongar para fora a geometria no passo 1.2. </li></ol> 2. Prepare Retrievable Substrato Donor <ol><li> Prepare um silício dopado tipo p em isolante (SOI) wafer com 3 mm de espessura de camada do dispositivo, com resistência de folha de 1-20 Ω • cm e espessura da camada de óxido de caixa de 1 mícron. NOTA: Para várias aplicações destes parâmetros podem ser alterados. </li><li> Giro casaco photoresist (AZ5214, 3.000 rpm por 30 segundos, 1,5 mm de espessura) e anexar a máscara projetada no passo 1.1. </li><li> Usando uma corrosão iônica reativa (RIE) instrumento padrão da camada de bolacha SOI dispositivo e remova a máscara de fotorresiste. Após esta etapa, a região gravado o RIE expôs a camada de óxido de caixa (Figura 2A). </li><li> Giro casaco photoresist (AZ5214, 3.000 rpm por 30 segundos, 1,5 mm de espessura) e padrão com máscara projetada no passo 1.2. </li><li> Aquece-se a bolacha em 125 ° C durante 90 segundos sobre uma placa quente. </li><li> Mergulhe a hóstia no49% HF por 50 segundos para gravar a camada de óxido de caixa exposto a partir do passo 2.3. Após secagem completa, remover o material fotosensitivo de mascaramento (Figura 2B). </li><li> Revestimento de rotação (AZ5214, 3000 rpm durante 30 segundos, de 1,5 mm de espessura) e padrão de concepção de ancoragem da etapa 1.3. </li><li> Aquece-se a bolacha em 125 ° C durante 90 segundos sobre uma placa quente. </li><li> Mergulhe em 49% HF por 50 min. Este passo grava a camada de óxido de quadro remanescente por debaixo da camada de silício dispositivo modelado restante, resultando em suspensão unidades individuais de silício sobre a foto-resistente (Figura 2C). </li></ol> 3. Máscaras de design para um selo MicroTip <ol><li> Projete uma máscara com um único 100 mm x 100 mm quadrado. </li><li> Projete uma máscara com múltiplas 12 um x 12 mM quadrados dentro de uma 100 mm x 100 área mM. </li></ol> 4. Fazer o molde para um selo MicroTip <ol><li> Limpe uma pastilha de silício com orientação cristalina de &lt;1-0-0&gt;, deposentar-se 100 nm de nitreto de silício usando Plasma aprimorado Chemical Vapor Deposition (PECVD) equipamentos. </li><li> Giro casaco photoresist (AZ5214, 3.000 rpm por 30 segundos, 1,5 mm de espessura) e padrão com máscara projetada no passo 3.2. </li><li> Padrão da camada de nitreto de silício usando 10:01 Buffered Oxide Etchant (BOE). </li><li> Dissolve-se 80 g de hidróxido de potássio (KOH) em 170 ml de água desionizada e 40 ml de álcool isopropílico (IPA) mistura numa proveta. </li><li> Aquecer o KOH, o IPA, e mistura de água a 80 ° C sobre uma placa quente. </li><li> Verticalmente colocar a pastilha preparada no recipiente com a mistura de KOH para gravar o silício exposta na estrutura cristalina (taxa de condicionamento é de cerca de 1 mM / min). </li><li> Após o silício exposto está totalmente gravado, remover a bolacha de mistura de KOH, gravar fora do nitreto de silício, utilizando HF, e executar RCA 1 e 2 RCA limpeza (Figura 3A). </li><li> Gire casaco com SU-8 100 e padrão com a máscara preparada a partir do passo 3.1 com seguinte receita: 3000 rh durante 1 min, coza suave a 65 ° C durante 10 min e 95 ° C durante 30 min, expor com 550 mJ / cm 2, e pós estufa a 65 ° C durante 1 min e 95 ° C durante 10 minutos (Figura 3B ). </li><li> Após o SU-8 100 está totalmente curada, aplicar uma monocamada de (tridecafluoro-1 ,1,2,3-tetra-hidro octil)-1-triclorossilano, largando 3-5 gotas de (tridecafluoro-1, 1,2,3 - tetra octil)-1-triclorossilano em um frasco de vácuo e de colocação da bolacha no frasco e aplicação do vácuo. </li></ol> 5. Duplicar um Selo MicroTip Usando um molde <ol><li> Mistura de polidimetilsiloxano (PDMS) de base e agente de cura com a relação de 5:1. </li><li> Degas a mistura, colocando-o em um frasco de vácuo. </li><li> Despeje uma pequena porção da mistura de PDMS desgaseificado no molde e permitir que o refluxo de PDMS de alcançar uma superfície de topo plana (Figura 3C). </li><li> Coloque o molde com PDMS em estufa a 70 ° C durante 2 horas para curar totalmente o PDMS. </li><li> Retirar o molde daforno e descascar as PDMS off (Figura 3D). </li></ol> 6. Recuperar tinta a partir do substrato de Doadores e Imprimir na área alvo <ol><li> Coloque o substrato doador para estágios, y-tradução de rotação e x motorizados equipados com um microscópio. </li><li> Fixe o selo microtip a um estágio de translação vertical independente. </li><li> Sob o microscópio, alinhar o selo microponta com a tinta sobre o substrato de Si doador utilizando translação e rotação fases. Além disso, fazer o alinhamento de inclinação entre a superfície e a microponta tinta Si ajustando uma fase de inclinação. Em seguida, leve o selo microtip para baixo para fazer contato. </li><li> Lentamente traga o selo microtip ainda mais para baixo após o contato inicial, de modo que pequenas dicas são totalmente em colapso e toda a superfície está em contato com a tinta Si no substrato doador. </li><li> Elevar rapidamente o palco z, quebrando as âncoras devido à grande área de contato entre o selo ea tinta microtip Si, para rECOLHER a tinta Si do substrato doador e anexá-lo ao selo microtip. NOTA: Quando o selo microtip está livre de qualquer estresse, o microtip comprimido restaura à sua forma piramidal original, tornando o mínimo de contato com a tinta Si recuperado. </li><li> Colocar o substrato receptor para um x, fase y-tradução e alinhar a tinta Si recuperado sob o selo de microponta na posição desejada. </li><li> Desça do palco z até que a tinta Si recuperado mal faz contato com o substrato receptor. </li><li> Após a tomada de contacto, elevar-se lentamente a fase de z para libertar a tinta Si, imprimindo-o no local desejado. </li></ol> 7. Processo de colagem <ol><li> Programa de um forno de tratamento térmico rápido a partir de ciclo de RT-se a 950 ° C em 90 segundos, e continuam a 950 ° C durante 10 min e arrefecer à temperatura ambiente (removendo qualquer fonte de calor no forno). </li><li> Colocar o substrato receptor impresso no forno num ambiente de ar ambiente e de recozimento a 950 °C durante 10 min para Si-Si de ligação ou a 360 ° C durante 30 min para Si-Au colagem. </li></ol>

<ol>
	<li>Stix, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+&#8220;Point+one.">Toward &#8220;Point one.</a> Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).</li><li>Appenzeler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Man+Who+Dared+to+Think+Small.">The Man Who Dared to Think Small.</a> Science. 254, 1300-1301 (1991).</li><li>Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+Microfabrications+The+Science+of+Miniaturization.">Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization.</a> , (2002).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).</li><li>Judy, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microelectromechanical+systems+(MEMS)+fabrication,+design+and+applications.">Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications.</a> Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).</li><li>Jain, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micromanufacturing Process. , (2012).</li><li>Keum, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+micro-masonry+using+elastomeric+stamps+for+three-dimensional+microfabrication.">Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication.</a> J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).</li><li>Keum, H., Chung, H., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+Contact+at+The+Interface+between+Silicon+and+Transfer-Printed+Gold+Films+by+Eutectic+Joining.">Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).</li><li>Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatically+Driven+Collapsible+Au+Thin+Films+Assembled+Using+Transfer+Printing+for+Thermal+Switching.">Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching.</a> Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).</li><li>Klaassen, E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+and+deep+reactive+ion+etching:+a+new+technology+for+microstructures.">Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures.</a> Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).</li><li>Barth, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+for+fabrication+of+sensors+actuators+and+microstructures.">Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures.</a> Sens Actuators. A21 - A23, 919-926 (1990).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Micro-alvenaria, apresentado na Figura 4, envolve a ligação de fusão de silício em um passo de ligação de material. Ligação de fusão de silício é obtido por colocação da amostra num forno de recozimento térmico rápido (forno RTA) e aquecer a amostra a 950 ° C durante 10 min. Esta condição de recozimento é tanto adotáveis ​​entre Si - Si e Si - SiO2 ligação 10,11. Alternativamente, o Au ligado com uma tira de Si, como visto na Figura 5C ado...

Sistemas microeletromecânicos (MEMS), como a miniaturização das máquinas 3D comuns em grande escala, são indispensáveis ​​para o avanço de tecnologias modernas, proporcionando melhorias de desempenho e redução de 1,2 custo de fabricação. No entanto, o ritmo atual de avanço tecnológico em MEMS não pode ser mantida sem inovações contínuas das tecnologias de fabrico 3-6. Microfabricação monolítico comum baseia-se principalmente em processos de camada-a-camada desenvolvidas para a fabricação de circuitos integrados (CI). Este método tem sido bastante bem sucedido a permitir a produção em massa de dispositivos MEMS de alto desempenho. No entanto, devido à sua complexa camada por camada e natureza eletroquimicamente subtrativo, fabricação de forma de diversamente estruturas e dispositivos de MEMS em 3D, enquanto fácil no mundo macro, é muito difícil de conseguir usar este microfabricação monolítico. Para habilitar mais flexível microfabricação 3D com menos complexidade do processo, que desenvolvido uma estratégia micromanufactura aditivo 3D (chamado de &quot;micro / nano-alvenaria&quot;), que envolve um conjunto baseado em impressão de transferência de materiais micro / nanoescala em conjunto com técnicas de colagem de material compatível com o tratamento térmico rápidos. De impressão por transferência é um método para transferir material em microescala sólidos (isto é, «tintas sólidas &#39;) a partir de um substrato, onde elas são geradas ou crescido para um substrato diferente, utilizando adesão seca controlada de carimbos elastoméricos. O procedimento típico de micro-alvenaria começa com a impressão de transferência. Tintas sólidas pré-fabricadas são transferência impresso usando um selo microtip que é uma forma avançada de carimbos elastoméricos e as estruturas impressas são posteriormente recozido com tratamento térmico rápido (RTA) para melhorar a tinta de tinta e aderência da tinta-substrato. Esta abordagem permite a produção da construção de estruturas em microescala incomuns e dispositivos que não podem ser acomodados utilizando outro metodo existenteds 7. Micro-alvenaria proporciona várias características atraentes que não estão presentes em outros métodos: (a) a capacidade de integrar tintas sólidas funcionais e estruturais de materiais diferentes para montar os sensores MEMS e atuadores todos integrados dentro da estrutura 3D; (B) as interfaces de tintas sólidas montados pode funcionar como contatos elétricos e térmicos 9,10; (C) a resolução espacial de montagem pode ser alto (~ 1 mm), utilizando processos litográficos altamente escaláveis ​​e bem compreendidas para a geração de tintas sólidas e estágios mecânicos altamente precisos para a transferência de impressão 7; e (d) as tintas sólidas funcionais e estruturais podem ser integrados em ambos os substratos rígidos e flexíveis no plano ou geometrias curvilíneas.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="758">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:217px;">Name of Material / Equipment</td>
			<td style="width:97px;">Company</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:347px;">Comments / Description</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Az 5214</td>
			<td>Clariant</td>
			<td></td>
			<td>1.5 mm thick photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Su8-100</td>
			<td>Microchem</td>
			<td></td>
			<td>100 mm Photoresist used in mold</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sylgard 184</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td>PDMS mixed to fabricate stamp</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hydrofluoric Acid</td>
			<td>Honeywell</td>
			<td></td>
			<td>Acid to etch silicon oxide layer</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Silicon on insulator</td>
			<td>Ultrasil</td>
			<td></td>
			<td>Donor substrate was fabricated</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">trichlorosilane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Chemical used to help pealing of PDMS from mold</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro-masonry for 3d additive micromanufacturing

De impressão por transferência é um método para transferir materiais micro / nanoescala sólidos (aqui chamado &quot;tintas&quot;) a partir de um substrato, onde elas são geradas para um substrato diferente, utilizando carimbos elastoméricos. Impressão de transferência permite a integração de materiais heterogêneos para o fabrico de estruturas ou sistemas funcionais sem exemplo, que são encontrados nos últimos dispositivos avançados, tais como células solares flexíveis e elásticos e matrizes de LED. Durante a impressão de transferência apresenta características únicas na capacidade de montagem de materiais, a utilização de camadas adesivas ou a modificação da superfície, tais como a deposição de auto-montagem em monocamada (SAM) em substratos para melhorar os processos de impressão dificulta a sua adaptação em larga micromontagem do sistema microeletromecânico (MEMS) estruturas e dispositivos. Para superar esta lacuna, foi desenvolvido um modo avançado de impressão de transferência que deterministically reúne objetos em microescala individuais unicamente através controlar a área de contato da superfície, sem qualquer alteração na superfície. A ausência de uma camada adesiva ou outra modificação e os processos de ligação de material subseqüentes garantir não só a fixação mecânica, mas também conexão térmica e elétrica entre os materiais reunidos, o que abre mais diversas aplicações em adaptação na construção de dispositivos MEMS incomuns.

Micro-alvenaria permite a integração material heterogêneo para gerar estruturas MEMS que são muito desafiador ou impossível de alcançar por meio de processos de microfabricação monolíticas. De modo a demonstrar a sua capacidade de, uma estrutura (chamado um &quot;micro bule &#39;) é fabricada exclusivamente por meio de micro-alvenaria. Figura 4A é uma imagem de microscópio óptico de tintas fabricadas de Si sobre um substrato de dador. As tintas são projetadas discos com diferentes dimensõ...

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Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Este artigo apresenta uma estratégia micromanufactura aditivo 3D (chamado de &quot;micro-alvenaria &#39;) para a fabricação flexível de sistema microeletromecânicos (MEMS) estruturas e dispositivos. Esta abordagem envolve a montagem de base de impressão por transferência de materiais micro / nanoescala em conjunção com as técnicas de ligação de material compatível com o tratamento térmico rápido.

Micro-alvenaria para Aditivo 3D Microfabricação

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

micro-masonry-for-3d-additive-micromanufacturing

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10.3K visualizações.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  Este artigo apresenta uma estratégia micromanufactura aditivo 3D (chamado de "micro-alvenaria ') para a fabricação flexível de sistema microeletromecânicos (MEMS) estruturas e dispositivos. Esta abordagem envolve a montagem de base de impressão por transferência de materiais micro / nanoescala em conjunção com as técnicas de ligação de material compatível com o tratamento térmico rápido. 