喷印MEMS技术的具体实例分享

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：封帽和其他装配将MEMS器件组装到外壳内并完成电连通后，需要用盖板将外壳密封起来，即封帽。近年来，开始采用喷印来进行MEMS器件的封帽和其他装配，例如，用喷印密封和粘结剂，构成简单线条和点图案，也可构成在空间和体积上变化的复杂的图案。喷印传感器和其他活性元例如，可将化学传感器材料喷印在MEMS器件上，用于临床诊断、加工过程控制、环境监测等。图3-92是喷印的DNA点阵。

（1）光学互连（optical intercon-nects）

与其他互连方法相比，喷印沉积能直接在任意几何形状的光学器件上形成互连，例如，可以在半球形／半椭圆形／方形／凸圆体上喷印折射显微透镜的构形，在基于光纤通信激光管VCSEL的光子开关（photonic switches）上为用作自由空间光互连而喷印成千上万个显微透镜阵列，图3-83是这些喷印阵列中的一部分，图3-84是喷印的包含镜头阵列的灵巧像素光开关组合。

图3-82 运行温度可高达370℃的喷头

图3-83 喷印的部分阵列

图3-84 喷印的包含镜头阵列的灵巧像素光开关组合

（2）电气互连（electrical interconnects）

用喷印喷射适于电气互连的焊料。

（3）封帽（package sealing）和其他装配

将MEMS器件组装到外壳内并完成电连通后，需要用盖板将外壳密封起来，即封帽。目前，主要有平行缝焊、钎焊、激光焊、超声焊和胶粘五种封帽工艺技术。

近年来，开始采用喷印来进行MEMS器件的封帽和其他装配，例如，用喷印密封和粘结剂，构成简单线条（见图3-85）和点图案，也可构成在空间和体积上变化的复杂的图案（见图3-86）。也可用同样的材料喷印平板显示器的间隔凸块（spacer bumps），其直径可为25μm，高度可为10μm（见图3-87）。

图3-85 喷印的热固环氧树脂线条

图3-86 有不同体积的片印粘结剂点

图3-87 喷印的显示器间隔凸块

所用的粘结剂有焊料80Au／20Sn、悬浮于携带液中的玻璃粉。

（4）喷印传感器和其他活性元（active elements）

例如，可将化学传感器材料喷印在MEMS器件上，用于临床诊断、加工过程控制、环境监测等。UV固化环氧光学树脂（UV-curing optical epoxies）能改变为多孔状和掺杂化学指示剂，这种材料可被喷印在探测表面上（如光纤传像束的尖头），构成传感器的阵列元素（见图3-88和图3-89）。

图3-88 喷印的具有100μm传感元的化学电阻传感器阵列

图3-89 喷印在直径480μm光纤束上的直径80μm指示元阵列

活性光学／电子材料（例如显示器用的发光聚合物、高分子半导体等）可用喷印进行沉积，为了用这些材料制作活性元件，成形层高取为1μm，聚合材料以低浓度（体积分数为0.5％～2％）悬浮于挥发性有机溶剂（如二甲苯）中。沉积后，去除溶剂，获得聚合物薄膜。用上述方法，将发光聚合物溶液喷印在涂覆空穴注入层材料（hole-injection layer material）的表面上，可成形尺寸小至30μm的特征。图3-90是用发光聚合物喷印在玻璃上直径为75μm的点阵。

图3-90 喷印的发光点阵

活性元也可能是呈生物活性的，例如DNA蛋白质或缩氨酸点。由于生物活性液易碎且昂贵，通常不适合用照相平板印刷法或其他减成法工艺成形，因此最好采用喷印工艺。图3-91是喷印的维生素标记细胞色素C（biotin labeled cytochrome C）点阵（尺寸为100μm）。图3-92是喷印的DNA点阵。

（5）外表生成（surface creation）、改性（modification）和活化（activation）

可用喷印技术喷射一些材料并使其：①形成结实的支撑结构，或对这些结构进行修改，这种支撑结构用作生物活性分子和电活性分子的附着物（attachment）、合成器（synthesis）、活性部位（sites）；②局部地控制润湿性或反应率；③形成缓释流阻（ime release flow obstructions）。为此，可利用喷印将硝化纤维、甲基纤维素、溶胶—凝胶和生物素PLGA沉积在基板上（见图3-93），可喷印铬酸、丙酮来使聚丙烯、聚苯乙烯改性（见图3-94）。

图3-91 喷印的细胞色素C点阵

图3-92 喷印的DNA点阵

图3-93 喷印在玻璃板上的硝化纤维点阵（尺寸为120μm）

图3-94 喷印丙酮使0.5mm区域的聚丙烯改性

喷印MEMS技术的具体实例分享

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