Name: micro-masonry for 3d additive micromanufacturing
Uploaded: 2014-08-01T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing at JoVE.com

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

1. Design Masker för Tillverkning av Donor Substrat <ol><li> Designa en mask med önskad geometri. För att tillverka 100 ìm x 100 ìm kvadrat kisel individuella enheter, rita en matris med 100 ìm x 100 ìm rutor. </li><li> Designa en andra mask med en identisk geometri, med varje sida som sträcker sig ut ytterligare 15 um. För samling av 100 ìm x 100 ìm rutor, rita en matris med 130 ìm x 130 ìm rutor som kan täcka rutorna i steg 1.1. </li><li> Plan ankaret geometri. Rita fyra 20 ìm x 40 ìm rektanglar, var...

<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>

Micro-murverk, presenteras i figur 4, innebär kisel smältbindning i ett material bindningssteget. Kisel smältbindning uppnås genom att placera provet i en snabb termisk glödgning ugn (RTA-ugn) och upphettning av provet vid 950 ° C under 10 min. Denna glödgning tillstånd är både adoptable mellan Si - Si och Si - SiO 2 bindning 10,11. Alternativt kan Au bunden med en Si-remsa som finns i figur 5C antar eutektisk bondning, och därför är bindningstemperatu...

Mikroelektromekaniska system (MEMS), såsom miniatyrisering av storskaliga vanliga 3D-maskiner, är oumbärlig för att främja modern teknik genom att ge prestandaförbättringar och minskning av tillverkningskostnaden 1,2. Däremot kan inte upprätthållas i nuvarande takt av tekniska framsteg inom MEMS utan kontinuerliga innovationer inom tillverkningstekniker 3-6. Gemensam monolitisk mikro stöder sig främst på lager-för-lager processer som utvecklats för tillverkning av integrerade kretsar (IC). Denna metod har varit ganska framgångsrika i att möjliggöra massproduktion av högpresterande MEMS-enheter. Men på grund av sin komplexa lager-på-lager-och elektrokemiskt subtraktiv natur, tillverkning av mångsidigt formade 3D MEMS-strukturer och enheter, medan lätt i macroworld, är mycket svårt att uppnå med denna monolitiska mikrofabrikation. För att möjliggöra en mer flexibel 3D mikrofabrikation med mindre process komplexitet, vi utveckvecklade en 3D additiv mikrotillverkning strategi (kallas &quot;mikro / nano-murverk&quot;), som innebär en överföring utskrift baserad montering av mikro / nanomaterial i samband med snabb termisk glödgning-aktiverade material bindningstekniker. Transfer utskrift är en metod för att överföra fasta mikroskala material (dvs &quot;fasta bläck&quot;) från ett substrat där de genereras eller vuxit till ett annat substrat med hjälp av kontrollerade torr vidhäftning av elastomer frimärken. Det typiska förfarandet för mikro murverk börjar med transfertryck. Prefabricerade fasta bläck är skicka tryckt med hjälp av en mikro stämpel som är en avancerad form av elastomer frimärken och tryckta konstruktioner därefter glödgas med hjälp av snabb termisk glödgning (RTA) för att öka bläck-bläck och bläck-substrat vidhäftning. Denna tillverknings metod möjliggör byggandet av ovanliga mikroskala konstruktioner och anordningar som inte kan bo med hjälp av andra befintliga methods 7. Mikro murverk ger flera attraktiva funktioner som inte finns i andra metoder: (a) förmågan att integrera funktionella och strukturella fasta bläck av olika material för att montera MEMS-sensorer och ställdon alla integrerade i 3D-strukturen; (B) gränssnitt monterade fast bläck kan fungera som elektriska och termiska kontakter 9,10; (C) Samman rumsliga upplösningen kan vara hög (~ 1 mm) genom att använda högt skalbara och väl förstådda litografiska processer för att generera massiva tryckfärger och högt exakta mekaniska steg för överföring utskrift 7; och (d) funktionella och strukturella fast bläck kan integreras på både styva och flexibla substrat i plana eller krökta geometrier.

<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

Transfertryck är en metod för att överföra fasta mikro / nanoskala material (häri kallade &quot;bläck&quot;) från ett substrat, där de genereras till ett annat substrat genom att utnyttja elastomera stämplar. Överför utskrift möjliggör integration av heterogena material för att tillverka lösa strukturer eller funktionella system som finns i de senaste avancerade enheter såsom flexibla och töjbara solceller och LED-arrayer. Medan transfertryck uppvisar unika egenskaper i materialmonteringskapacitet, användningen av bindemedelsskikten eller modifiering yta såsom deponering av själv-monterade monolager (SAM) på substrat för att förbättra tryckprocesser hindrar dess breda anpassning i mikromontage av microelectromechanical systemet (MEMS) strukturer och enheter. För att övervinna denna brist, har vi utvecklat ett avancerat läge för transfertryck som deterministiskt monterar enskilda mikroskala objekt enbart genom att styra ytan kontaktytautan någon yta förändring. Frånvaron av ett självhäftande skikt eller annan modifiering och de efterföljande material bindningsprocesser säkerställa inte bara mekanisk bindning, utan även termisk och elektrisk anslutning mellan sammansatta material, vilket ytterligare öppnar olika applikationer i anpassningen i att bygga ovanliga MEMS-enheter.

Mikro murverk möjliggör heterogena material integration att generera MEMS strukturer som är mycket utmanande eller omöjligt att uppnå med monolitiska mikrotillverkningsprocesser. För att visa sin förmåga, är en struktur (som kallas en &quot;mikro tekanna&quot;) tillverkas enbart genom mikro murverk. Figur 4A är ett optiskt mikroskop bild av fabricerade Si bläck på en donator substrat. De designade bläck är skivor med olika dimensioner gjorda av enstaka kristallint kisel, som är byggstenar...

Watch this Scientific Journal Video about Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing at JoVE.com

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Mikro murverk för 3D Tillsats mikrotillverkning

Denna uppsats presenterar en 3D additiv mikrotillverkning strategi (kallas &quot;mikro murverk &#39;) för flexibel tillverkning av mikroelektromekaniska systemet (MEMS) konstruktioner och anordningar. Detta synsätt innebär överföring utskrift baserad montering av mikro / nanomaterial i samband med snabba termiska glödgning-aktiverade material bindningstekniker.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Högupplöst, hög hastighet, tredimensionell video Imaging med Digital Fringe Projection Tekniker

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Skalbara Nanohelices för Predictive Studier och Enhanced 3D visualisering

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis

Novel 3D / VR Interactive Miljö för MD simuleringar, visualisering och analys

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energi röntgen Tomography för 3D Elemental Kartläggning av enskilda nanopartiklar

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Metoder för att mäta Orientering och rotationshastighet av 3D-tryckt Partiklar i Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

3D Printing av biomolekylära modeller för forskning och pedagogik

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

En 3D-tryckt kammare för organiska optoelektroniska enhet nedbrytning testning

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

En mjuk Tooling processkedjan för formsprutning till en 3D komponent med Micro pelare

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

Multi-material Ceramic-Based Components ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œ Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing CerAM - T3DP

Multimaterial keramik-baserade komponenter – additiv tillverkning av svartvita Zirconia komponenter av termoplastiska 3D-Printing (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...