Fertigung

Einsatz von 3D-Druckern in der Mikrointegration

| Autor / Redakteur: Dr. Fabian Niesler *, Martin Hermatschweiler *, Anke Werner * / Sebastian Gerstl

Angewandte Technologie und Materialien

Beim Herstellungsprozess wird mit einem Ultrakurzpulslaser im nahen Infrarot gearbeitet, um polymere Fotolacke mit Hilfe der Zwei-Photonen-Polymerisation auszuhärten. Die fotosensitiven Materialien werden in zumeist flüssiger oder auch fester Form auf ein Trägermaterial (z.B. Glas- oder Siliziumwafer) aufgebracht. Mit den zuvor aus CAD-Programmen generierten Strukturdaten wird dann der eigentliche Druckvorgang gesteuert, indem der Laserstrahl die Ebenen Schicht für Schicht abrastert.

Durch den Schreibprozess mit dem Laser härten räumlich begrenzte Bereiche des Lackes im Laserfokus vollständig aus, so dass sich nach einem Entwicklerbad ein freitragendes 3D Kunststoffobjekt herauslösen lässt. Höchste mechanische Stabilität, Formtreue und Oberflächenglattheit sind bei den eigens von Nanoscribe maßgeschneiderten Fotolacken garantiert und ergänzen das umfangreiche Portfolio anderer in der Laserlithografie etablierter UV-härtender Fotolacke.

Die Polymerstrukturen können auf verschiedenen Substraten, die sich hinsichtlich chemischer und physikalischer Eigenschaften unterscheiden, hergestellt werden. Das richtige Substratmaterial hängt dabei von der Art der Anwendung ab. Für optische Anwendungen werden häufig transparente Substrate (z.B. Glas) als Träger der Strukturen verwendet, um diese durchleuchten zu können. Des Weiteren können auch vorstrukturierte Substrate, wie zum Beispiel optische Chips verwendet werden, auf denen komplexe Polymerstrukturen wie beispielsweise 3D Wellenleiter, optische Resonatoren, Sensoren sowie Mikrooptiken aufgebracht werden.

Trotz der Vielzahl an Materialien, die mit der Zwei-Photonen-Polymerisation kompatibel sind, bleiben einige Materialklassen für eine direkte laserlithografische 3D Strukturierung unzugänglich. Um die Anforderungen der verschiedenen Anwendungen in Bezug auf Materialvielfalt zu bedienen, können verschiedene Inversions- und Abformungstechniken, z.B. in Metalle, Silizium, Glas oder PDMS, zum Einsatz kommen, bei denen die aus den Polymeren gedruckten 3D Objekte als Basis dienen.

Das Spektrum der additiven Fertigung wird durch 2PP um das weltweit höchstauflösende 3D Druckverfahren – mit maximaler Detailtreue im Sub-Mikrometerbereich – ergänzt und bildet eine Brücke zwischen der Laserlithografie und makroskopischen 3D Druckverfahren. „Die Brillanz dieses Hightech-Verfahrens spiegelt sich wunderbar in der filigranen, gerade mal 3 mm hohen Tänzerin auf dem Kristall wider“ resümiert Nanoscribe Geschäftsführer Martin Hermatschweiler.

* Dr. Fabian Niesler, Head of Processes and Applications, Nanoscribe

* Martin Hermatschweiler, Chief Executive Officer, Nanoscribe

* Anke Werner, Marketing Manager, Nanoscribe

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