墨水直写、喷墨打印和激光直写技术及其在微电子器件中的应用

直写技术是一种新型微加工技术,其加工过程不需模板并可在亚微米至厘米范围实现材料加工成型。墨水直写、喷墨打印和激光直写作为最常用的直写技术,具有强大的二维、三维成型能力和优异的成型精度,可实现金属、陶瓷、聚合物、水凝胶等复杂构型的程序化构筑,被广泛应用于微电子、组织工程、微流控等领域。阐述了这3种直写技术的构型原理和材料选择,重点介绍了其在微电子器件制造中的应用,讨论了当前研究的难点和热点问题,并对其未来发展趋势进行了展望。     

微粒的激光引导直写技术

基于激光引导直写的堆积成形技术可以操纵微米尺寸的材料微粒进行组装构成微结构。本文介绍了激光引导直写技术的相关原理和研究进展,同时结合实验结果对此操作过程做了探讨,最后对相关应用前景进行了展望。     

ISI-2802激光直写系统及其应用

介绍中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室引进的国内首台激光直写系统的工作模式、基本结构、主要性能和应用范围等，并给出用这台设备已经作出的一些掩模图形的样品。     

激光直写系统中的对准技术应用研究

基于ＩＳＩ－２８０２型激光直写系统原有基片的多图形对准方法，针对衍射光学元件（ＤＯＥ）图形的特点，通过设计合理的对准标记、修改对准识别文件和实验，产生了一套适于ＤＯＥ图形套刻的对准方案。其对准误差小，达到了系统规定指标。并实验研制出了１６位相台阶的ＤＯＥ，取得了良好的效果。     

激光在微电子器件制造中的应用

本文比较系统地介绍了激光在半导体微电子器件制造中的应用。对准分子激光器与光刻技术、激光图形发生,全息掩模与硅片检测、掩模缺陷激光修补与激光化学气相沉积,以及其它方面的一些激光应用作了比较详细的叙述。     

飞秒激光直写加工SERS基底及其应用

表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)是一种高灵敏度、高分辨率的分子识别技术,在多个领域具有非常重要的应用价值。飞秒激光直写作为一种新兴的低成本、高分辨率、高灵活性的微纳加工方法,在制备SERS基底领域得到了广泛的应用。本文重点概述了四种飞秒激光直写制备SERS基底的加工方法,主要包括飞秒激光双光子还原、飞秒激光切割金属、飞秒激光切割-溅射、飞秒激光3D打印。文章简单介绍了各方法制备SERS基底的性能与应用场景,阐述了飞秒激光直写加工在制备SERS基底中的优势,旨在为今后相关研究提供参考。     

激光直写技术在微电极阵列制作中的应用研究

利用激光微细熔覆电子浆料(LMCEP)技术在熔融石英玻璃上初步制作了4×4微电极阵列(MEA)--目前研究细胞电生理的常用工具之一,在电极阵列背面利用微笔直写技术直接"写"上加温和热敏电阻,完成了微电极阵列、电热器件和热敏器件的集成制造.随后对电极阻抗和微加热器性能进行了测试,并在其上培养神经细胞.结果表明:激光直写导...     

全数字化激光直写转台系统

为提高极坐标激光直写设备的性能,设计成全数字化的转台系统,增强了与平台、调焦、 光强系统的同步。提出数字锁相积分、可编程PID控制及变周期稳速判据等概念,并应用于转台控制器设计。配合改进的快速光强调制系统,使极坐标激光直写设备具备制作精确环、任意弧和变宽线条的能力。     

木质素基复合材料的直写式3D打印及其功能应用

作为自然界最丰富的可再生芳香族生物质资源,木质素近年来在能源、环境、医学等领域受到广泛关注。其中,采用3D打印技术构建具有特定结构和功能的木质素基复合材料是提升木质素附加值的重要途径之一,同时可有效避免木质素化学结构复杂多变、多分散性高、刚性大等在传统材料制备过程中带来的负面影响。本文围绕木质素基复合材料的直写式3D打印,重点综述了近年来木质素基复合材料在直写式3D打印方面的研究成果与进展。首先介绍了木质素的结构特性及直写式3D打印技术;然后系统总结了木质素流变学特性与其打印性能之间的构-效关系;最后讨论了3D打印的木质素基复合材料在能源、环境等领域的应用现状及其面临的挑战,并展望了木质素基复合材料在直写式3D打印方面的发展方向。     

Nanoscale-Dewetting-Based Direct Interconnection of Microelectronics for a Deterministic Assembly of Transfer Printing

As electronics dramatically advance, their components should be fabricated for miniaturized scale, and integrated on limited-size substrates with extremely high density. Current technologies for the integration and interconnection of electronics show some critical limitations in the application of microscale electronics. To address these problems, herein, a new direct and vertical interconnection driven by selective dewetting of a polymer adhesive is introduced. The interconnection system consists of the polymer adhesive and nanosized metal particles, or structured electrodes. Nanoscale-dewetting windows formed by controlling the stability and wetting property of the adhesive polymer are controlled by the interfacial property of the coated polymer adhesive. The adhesive is coated on substrate by a simple spin-coating process, and its ultraviolet curable property allows only the device-mounted parts to be selectively conductive and sticky, while the other parts form insulation and protection layers. The interconnection of the electronics and substrate by adhesive makes it possible to apply the technique to various microsize electronics with electrode size and pitch of 20 µm or less, and endure dramatic temperature change and a long-term high humidity environment. Moreover, over display comprising over 10 000 microscale light-emitting diodes (micro-LEDs), and commercialized microchips are demonstrated with monolithic integration on flexible and transparent substrate.     

直写成型用悬浮液的设计

直写成型技术是一种新型的三维复杂结构的制备方法。本文综述了直写成型用悬浮液的研究进展: 根据直写成型悬浮液的固化特点, 将之划分为自固化悬浮液和外固化悬浮液; 分析了自固化悬浮液的流变性能要求与设计准则, 综述了典型的自固化悬浮液; 分析了外固化悬浮液的要求与固化方式, 并总结了典型的外固化悬浮液与固化方式; 探讨了直写成型用悬浮液的发展方向。     

Ink Tuning for Direct Ink Writing of Planar Metallic Lattices

316L and Cu-based inks are developed to 3D-printed tetrachiral auxetic structures. The main objectives of the work are to study the effects of powders composition and powder:binder volume ratio on rheological properties and printability of the inks. Following these results, customized Gcode is developed using FullControl Gcode Designer open-source software to 3D print intricate tetrachiral auxetic structures. The results reported in this work show how powder composition (316L versus Cu) has less effect on the inks’ rheological behavior than powder size distribution and powders:binder volume ratio. In terms of rheological parameters, the zero-shear rate viscosity mainly affects the capability of the printed ink to retain its shape after printing, while the yield stress affects the printability. The printed and sintered auxetic structures achieve the intended lattice-geometry design.     

Superhydrophobic and Anti-Icing Surface by Femtosecond Laser Direct Writing

Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) is formed with glass fiber as the reinforcing material and resin as the matrix. It is widely used in wind turbine blades because of its lightweight, high strength, and corrosion resistance properties. Herein, a method to prepare superhydrophobic GFRP surfaces by femtosecond laser direct writing combined with fluoroalkylsilane modification is demonstrated. The prepared GFRP surface has excellent superhydrophobicity with contact angle of 163.9° and sliding angle of 3.8°. In the ice resistance tests, the icing delay time is extended from 33 to 273 s at −5 °C. The ice adhesion strength is reduced from 217.4 to 40.3 kPa. The surface still has superhydrophobicity and ice adhesion strength of less than 100 kPa after ten cycles of the test. The laser exposure conditions are optimized for water/ice repelling and are at high intensity of 4 TW cm⁻² pulse⁻¹ and 2.5 m s⁻¹ beam travel speed, which make the presented approach efficient for fabrication over industrially large areas.     

极坐标激光直写径向漂移理论研究

为了进一步提高光学元件的线条制作精度,建立了极坐标激光直写时线条中心径向漂移的补偿模型.首先推导了极坐标激光直写的曝光量分布模型,分析了径向漂移产生的原因,然后针对数值孔径为0.5 的光刻物镜建立了线条展宽模型和径向漂移模型,并分析了线条展宽和径向漂移的耦合关系,在此基础上分别建立了线条展宽补偿模型和径向漂移补偿模型.仿真结果表明,补偿前的径向漂移量是线条展宽量的3 倍,对径向漂移进行补偿可以很好地减小系统原理误差,提高极坐标激光直写的制作精度.     

石膏的直写成型：可打印石膏浆料的研制

石膏是雕像、建筑和铸造模具(合金和陶瓷)的常用材料。采用直写成型(Direct Ink Writing, DIW)打印石膏可避免其他3D打印技术(如Binder Jetting, PBBJ等)中存在水化反应不充分等问题, 获得高强度3D打印石膏。为了延缓水化反应获得充足的打印操作时间, 本研究通过添加缓凝剂和增稠剂, 研制了一种适用于直写成型的石膏浆料, 并打印了多种石膏三维结构(如蜘蛛网和木材堆积结构等)。结果表明, 质量分数为0.6%柠檬酸(Citric Acid, CA)的缓凝效果最好, 极大地减少了石膏流动性的经时损失。质量分数为0.3%羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropyl Methylcellulose, HPMC)的增稠效果最好, 使石膏浆料具有良好的打印性能。CA的选择性吸附使得石膏晶体定向生长, 延长水化反应时间, 但一定程度降低石膏强度。HPMC加速石膏浆料中絮凝结构形成, 导致其粘度和剪切弹性模量升高。直写成型3D石膏件的抗压强度约为20 MPa, 远高于PBBJ等方法制备的石膏件的抗压强度。     

多孔陶瓷的直写成型工艺研究进展

多孔陶瓷内部含有大量三维孔隙,具有轻质、高强、高比表面积、低导热系数等特性,但是多孔陶瓷的传统制备工艺对结构和性能的可控性较低,很难满足先进能源、航空航天、电子信息等领域的发展对多功能高性能材料的需求。直写成型工艺是一种制造成本低、材料使用性广、技术可拓展性高的3D打印工艺,不仅可以直接制备具有轻量化特点的多孔陶瓷,而且结合其他工艺可以实现多孔陶瓷的层级结构和多功能化,有望实现设计与制造、材料与器件、结构与功能的一体化。介绍了直写成型法3D打印多孔陶瓷的工艺原理,综述了直写成型法直接制备多孔陶瓷、直写成型结合乳液/泡沫法和冷冻干燥法制备层级多孔陶瓷的研究进展。由于工艺柔性高,直写成型法能够与其他方法良好融合,以制备具有特殊结构和性能的多孔材料,尤其是兼顾高强度、高孔隙率和形状可控性的层级多孔陶瓷。最后,总结了目前直写成型工艺制备多孔陶瓷的优势和不足,并对打印材料性能、打印设备和主要应用领域的发展进行了展望。