Платформа для 3D-печати с субмикрометровой точностью

Технологии струйной печати имеют несколько ограничений. Новая электростатическая конструкция с несколькими соплами, которая не зависит от толщины чернил, может изменить это.

Scrona - компания основанная в 2014 году, является дочерним предприятием ETH Zurich, одного из 10 лучших мировых исследовательских университетов. Они разработали первую в отрасли платформу электростатической 3D-печати с несколькими соплами, которая может печатать в цифровом виде с субмикрометровой точностью, на любом материале и в любом масштабе, улучшая и ускоряя производство продуктов.

Запатентованная технология электростатической печати Scrona может преобразовать производство полупроводников, дисплеев и многих других продуктов за счет десятикратного сокращения производственных этапов, а также значительного сокращения потребления материалов, энергии и воды.

Существующие технологии струйной печати в настоящее время достигли своих физических ограничений и не могут обеспечить сверхвысокое разрешение и точность размещения, необходимые для эффективности и доступности.

В случае струйной печати принцип работы традиционной технологии таков: жидкость выдавливается изнутри тонких сопел, создавая крошечные капельки чернил. Проблема с этим процессом заключается в том, что он позволяет выбрасывать только тонкие чернила, которые затем выравниваются на подложке из-за высокого содержания жидкости. Размер сработавших капель не меньше размера сопла, из которого они были выброшены. Эта традиционная концепция толкания физически ограничивает размеры сопла до нескольких десятков микрометров и, таким образом, делает невозможным достижение сверхвысокого разрешения, необходимого для микрообработки.

Scrona разработала новый и альтернативный подход, который заключается в использовании электростатической силы, которая вытягивает жидкость из сопла, образуя заостренный конус и фокусируя всю энергию на кончике этого конуса. Именно из этого крошечного наконечника выбрасываются маленькие капли, ускоряются и направляются вниз. Из-за эффекта силовой фокусировки капли больше не ограничены размером сопла, а фактически могут уменьшаться более чем в 10 раз.

Поскольку к выходу сопла изнутри сопла не нужно прикладывать усилие, технология практически не зависит от толщины чернил, что позволяет обрабатывать как жидкие, так и густые жидкости практически одинаково. Небольшие капли могут быть точно помещены на подложку, а небольшие объемы быстро высыхают и формируются в 3D-проекты размером менее 1 мкм в поперечном измерении.

Поскольку принцип электростатического выброса более или менее независим от чернил, он открывает двери для использования широкого спектра чернил. Эти чернила могут быть по меньшей мере в 100 раз более вязкими, чем чернила, используемые в современных обычных струйных печатающих головках. Эта возможность печати со многими типами жидкости расширяет возможности использования помимо типичных металлических чернил с наночастицами и позволяет использовать широкий спектр материалов, таких как: молекулы и растворы солей, нано- и микрочастицы и белки, расплавы, воски и эпоксидные смолы.

Используя принципы электростатического выброса, можно добиться одновременной печати из большого массива сопел со следующими преимуществами по сравнению с обычным струйным принтером:

• Печать со сверхвысоким разрешением — разрешение в 100 раз выше.
• Высокоскоростная печать — частота вывода в 10 раз выше.
• Меньшие капли не только для более высокой точности, но и для быстрой сушки.
• 3D печать. Возможно соотношение сторон >50:1, контроль толщины нанометрового слоя.
• Индивидуальная настройка печатающей головки MEMS, динамически и полностью программируемая.
• Предотвращение засорения форсунок запатентованной системой контроля окружающей среды (ECS).

Все это может сократить этапы производства определенных полупроводниковых внутренних компонентов в 10 раз, а также значительно сократить использование материалов, энергии и воды. При выполнении нескольких шагов — более 20, необходимых для одного функционального слоя на полупроводниковом устройстве — изготовление может занять до 15 недель, при этом в среднем по отрасли 11–13 недель. Кроме того, полупроводниковая фабрика может использовать от 2 до 4 миллионов галлонов UPW (сверхчистой воды) каждый день, что примерно эквивалентно потреблению воды 40 000 домохозяйств. Функциональная печать в аддитивном производстве может сократить этапы производства некоторых внутренних полупроводниковых компонентов — например, микропроизводства слоев перераспределения (RDL) — в 10 раз.

Управление разрешением и толщиной слоя может позволить печатать цветные фильтры RGB с квантовыми точками для полноцветных микросветодиодных дисплеев высокой яркости. Его также можно использовать для HD-PCB/печатной электроники, МЭМС и датчиков, медико-биологической и защищенной печати.