Nieuwe Replicatechnologie voor Microkeramische Componenten
Conventionele mallen voor microstructuren
Conventionele PDMS (Polydimethylsiloxaan)-replicatie is gebaseerd op het gebruik van met litografie gemaakte moedermallen. Met behulp van lithografie kunnen kleine microstructuren worden gemaakt die gerepliceerd kunnen worden in PDMS. Het gaat hierbij altijd om een PDMS-replicatieproces in twee stappen, aangezien de wafer en de structuren van de moedermal tamelijk kwetsbaar zijn en snel beschadigd raken. De ontwerp mogelijkheden binnen het lithoproces zijn beperkt. Deze beperking komt voort uit het productie proces waarbij dat de structuur opgebouwd wordt uitfotoresist lagen, belichtingen en bakcycli. Daardoor is de wafer vrij kwetsbaar en zijn de structuren ook niet zo stevig als een glasstructuur. Na het aanbrengen van PDMS op de litho moedermal, kan het afpellen van de PDMS van de wafer krachten veroorzaken die zorgen dat de structuren breken of beschadigen. Daarom wordt de litho moedermal tweemaal gerepliceerd met PDMS, waarbij het eerste exemplaar als moedermal kan worden gebruikt om meerdere replica's te maken.
Schematische voorbeelden
Onderstaand schematisch voorbeeld vergelijkt het replicatieproces in één stap, door middel van een glazen moedermal, met een replicatieproces van twee stappen met behulp van een lithomaster. De litho master is een positief duplicaat van de uiteindelijke PDMS-replica en de glazen master is een negatieve vorm van de uiteindelijke PDMS-replica. Om sterkere moedermallen te maken, kan Selective Laser-induced Etching worden toegepast om structuren in glas te creëren waarmee de ontwerpbeperkingen weggenomen worden en bovendien de noodzaak van een tweestapsproces opheven wordt.
Gebruik van SLE moedermallen voor PDMS-replicatie en het vormen van keramische microstructuren
Met behulp van Selective Laser-induced Etching is het mogelijk microstructuren in glas te maken, waardoor er geen litho-mallen nodig zijn. Door de bewezen duurzaamheid van het glasmateriaal kan het vele malen hergebruikt worden, waardoor een dubbele replicatiestap overbodig is. Deze SLE moedermallen kunnen 3D structuren bevatten die gebouwd zijn met stapgroottes die 10 keer kleiner zijn dan 3D geprinte structuren. Zo is het mogelijk om zeer scherpe microstructuren en zelfs mooi afgeronde structuren of een combinatie hiervan te maken. Door kleine structuren te maken met hoge aspect ratio's en een afgeronde vorm naar onderen toe, is het mogelijk om lossingshoeken te maken in gerepliceerde PDMS mallen. De SLE master heeft zo zijn nut bewezen bij de productie van PDMS-werkmallen voor het gieten, lossen en sinteren van keramische microstructuren tot 200 micrometer in breedte, met scherpe punten tot 1 micrometer. Doordat in het ontwerp lossingshoeken kunnen worden toegevoegd, zijn de gegoten keramische microstructuren veel steviger, waardoor ze niet gemakkelijk breken.
LouwersHanique heeft aangetoond dat de glazen moedermal zeer nauwkeurig te repliceren is in PDMS, waarna het mogelijk is om het PDMS te gebruiken als mal voor het gieten van keramische microproducten. Er is naast het produceren van de glazen moedermal ook een proces opgezet om exacte PDMS-replicaten te produceren. PDMS-replicaten zijn geschikt voor microfluïdische systemen en voor het maken van microprecisie keramische componenten zoals MEMS, medische implantaten, of elektronica.
Voordelen
De belangrijkste voordelen van het gebruik van SLE-glas master mallen staan hieronder:
- Robuuste structuren
- Meer ontwerpvrijheid en lossingshoeken
- Eén-stap replicatieproces in plaats van een twee-staps proces
- Langere levensduur
Meer weten over de mogelijkheden van SLE of kwartsglas micromallen?
Lees meer over onze laserbewerkingstechnieken of neem direct contact met ons op zodat wij u kunnen helpen!
Auteur: Nadja Schuh
Nadja Schuh is onze R&D ingenieur en is de auteur van dit blogartikel. Zij heeft meer dan 15 jaar ervaring in materialen en reinheid binnen de high tech industrie. Nadja beschikt over een DfSS Black Belt en richt zich op het borgen van hoge kwaliteit en de constante verbetering van processen. Als ingenieur bij LouwersHanique is ze elke dag bezig met glas en keramiek in high tech toepassingen. Deze materialen vond ze buitengewoon interessant sinds ze er kennis mee maakte op een avondcursus gedurende haar studie chemische technologie.
