SU-8 es un fotoprotector negativo a base de epoxi de uso común . Negativo se refiere a un fotorresistente mediante el cual las partes expuestas a los rayos UV se entrecruzan, mientras que el resto de la película permanece soluble y se puede lavar durante el revelado.
Como se muestra en el diagrama estructural, SU-8 deriva su nombre de la presencia de 8 grupos epoxi . Este es un promedio estadístico por fracción . Son estos epoxis los que se entrecruzan para dar la estructura final.
Se puede convertir en un polímero viscoso que se puede hilar o esparcir en un espesor que va desde menos de 1 micrómetro hasta más de 300 micrómetros, o láminas secas de película gruesa (TFDS) para laminación de hasta más de 1 milímetro de espesor. Hasta 500 µm, la capa protectora se puede procesar con litografía de contacto estándar . [1] Absorción por encima de 500 µm conduce a un aumento de los cortes en las paredes laterales y un curado deficiente en la interfaz del sustrato. Se puede utilizar para crear patrones de estructuras de alta relación de aspecto . Se ha logrado una relación de aspecto de (> 20) con la formulación en solución [2] y se ha demostrado (> 40) a partir de la reserva seca. [3] Su máximola absorción es para luz ultravioleta con una longitud de onda de la línea i : 365 nm (no es práctico exponer SU-8 con luz ultravioleta de la línea g ). Cuando se expone, las largas cadenas moleculares de SU-8 se entrecruzan provocando la polimerización del material. Los fotorresistentes de la serie SU-8 utilizan gamma-butirolactona o ciclopentanona como disolvente principal.
SU-8 se desarrolló originalmente como un fotorresistente para la industria de la microelectrónica , para proporcionar una máscara de alta resolución para la fabricación de dispositivos semiconductores.
Ahora se utiliza principalmente en la fabricación de microfluidos (principalmente mediante litografía blanda , pero también con otras técnicas de impresión como la litografía por nanoimpresión [4] ) y piezas de sistemas microelectromecánicos . Se ha demostrado que es un material biocompatible [5] y se utiliza a menudo en bio-MEMS para aplicaciones de ciencias de la vida. [6]
Composición y elaboración
SU-8 está compuesto de bisfenol A Novolac epoxi que se disuelve en un disolvente orgánico ( gamma-butirolactona GBL o ciclopentanona , según la formulación) y hasta un 10% en peso de una sal mixta de triarilsulfonio / hexafluoroantimoniato como generador de fotoácido). [7]
SU-8 absorbe la luz en la región UV, lo que permite la fabricación de estructuras relativamente gruesas (cientos de micrómetros) con paredes laterales casi verticales. El hecho de que un solo fotón pueda desencadenar múltiples polimerizaciones hace que el SU-8 sea una resistencia químicamente amplificada que se polimeriza mediante la generación de fotoácidos. [8] La luz irradiada sobre la capa protectora interactúa con la sal en la solución creando ácido hexafluoroantimónico que luego protona los grupos epóxidos en los monómeros de resina. El monómero se activa así, pero la polimerización no procederá significativamente hasta que se eleve la temperatura como parte del horneado posterior a la exposición. Es en esta etapa cuando los grupos epoxi de la resina se reticulan para formar la estructura curada. Cuando está completamente curado, el alto grado de reticulación confiere a la capa sus excelentes propiedades mecánicas. [9]
El procesamiento del SU-8 es similar al de otras resistencias negativas con especial atención al control de la temperatura en los pasos de horneado. Los tiempos de horneado dependen del espesor de la capa SU-8; cuanto más gruesa sea la capa, mayor será el tiempo de horneado. La temperatura se controla durante el horneado para reducir la formación de tensiones en la capa gruesa (que provocan grietas ) a medida que se evapora el disolvente .
El horneado suave es el más importante de los pasos de horneado para la formación de estrés. Se realiza después del recubrimiento por centrifugación . Su función es eliminar el solvente de la capa protectora y solidificar la capa. Normalmente, al menos el 5% del disolvente permanece en la capa después del horneado suave; sin embargo, cuanto más grueso es el revestimiento, más difícil resulta eliminar el disolvente, ya que la evaporación del disolvente a través de capas gruesas se vuelve cada vez más difícil con el espesor del revestimiento. El horneado se realiza en una placa caliente programable para reducir el efecto de formación de piel del agotamiento del disolvente en la superficie creando una capa densa que hace que el resto del disolvente sea más difícil de eliminar. Para reducir el estrés, el procedimiento de horneado es generalmente un proceso de dos pasos que consiste en mantener a 65 ° C antes de subir a 95 ° C y mantener nuevamente por un tiempo que depende del espesor de la capa. A continuación, se baja lentamente la temperatura hasta la temperatura ambiente .
Cuando se utilizan películas secas, el fotorresistente se lamina en lugar de recubrir por rotación. Como esta formulación es esencialmente sin solvente (queda menos del 1% de solvente), no requiere un paso de horneado suave y no sufre estrés ni formación de piel. Para una mejor adhesión , se puede agregar un horneado posterior a la laminación . Este paso se lleva a cabo de manera similar a la resistencia basada en solución, es decir, manteniéndose a 65 ° C y luego a 95 ° C, el tiempo depende del espesor de la película.
Después de esta etapa, la capa SU-8 ahora puede exponerse. Normalmente, esto es a través de una fotomáscara con un patrón inverso, ya que la resistencia es negativa. El tiempo de exposición es función de la dosis de exposición y el espesor de la película. Después de la exposición, el SU-8 debe hornearse nuevamente para completar la polimerización. Este paso de horneado no es tan crítico como el precocido, pero el aumento de la temperatura (nuevamente a 95 ° C) debe ser lento y controlado. En este punto, la resistencia está lista para ser desarrollada.
El principal revelador de SU-8 es acetato de 1-metoxi-2-propanol . [10] El tiempo de revelado es principalmente una función del espesor de SU-8.
Después de exponerse y desarrollarse, su estructura altamente reticulada le da una alta estabilidad a los químicos y al daño por radiación , de ahí el nombre "resistir". El SU-8 reticulado curado muestra niveles muy bajos de desgasificación en vacío . [11] [12] Sin embargo, es muy difícil de eliminar y tiende a desgasificarse en un estado no expuesto. [13]
Formulaciones más nuevas
La serie SU-8 2000 resiste el uso de ciclopentanona como disolvente primario y se puede utilizar para crear películas de entre 0,5 y 100 µm de espesor. Esta formulación puede ofrecer una adhesión mejorada en algunos sustratos en comparación con la formulación original. [14]
Las resistencias de la serie SU-8 3000 también usan ciclopentanona como solvente primario y están diseñadas para ser hiladas en películas más gruesas de 2 a 75 µm en una sola capa. [14]
La serie SU-8 GLM2060 de fotorresistente de bajo estrés consta de epoxi GBL y formulación de sílice CTE 14. [15]
SU-8 GCM3060 Serie de GERSTELTEC conductivo SU8 con nanopartículas de plata. [15]
SU-8 GMC10xx Serie de GERSTELTEC de colores SU8 Rojo, Bleau, Verde, negro y otros. [15]
SU-8 GMJB10XX Serie de epoxi de baja viscosidad GERSTELTEC para aplicaciones de inyección de tinta. [15]
SU8 GM10XX Serie de epoxi GERSTELTEC clásico. [dieciséis]
Su proceso de polimerización procede de la fotoactivación de un generador de fotoácidos (sales de triarilsulfonio, por ejemplo) y posterior cocción posterior a la exposición. El proceso de polimerización es un crecimiento de la cadena catiónica, que tiene lugar por polimerización por apertura de anillo de los grupos epóxido.
SUEX es una lámina de película seca gruesa (TDFS) que es una formulación sin solventes aplicada por laminación. Como esta formulación es una hoja seca, hay una alta uniformidad, sin formación de bordes [17] y muy poco desperdicio. Estas hojas vienen en una gama de espesores desde 100 µm hasta más de 1 mm. [18] DJMicrolaminates también vende una gama más fina, ADEX TFDS, que está disponible en espesores desde 5 µm hasta 75 µm. [18]
enlaces externos
- SU-8: Thick Photo-Resist para MEMS Una página web con muchos datos de materiales y trucos de proceso.
- http://www.gersteltec.ch/
- Hoja de datos de microquímica
- Información de SU 8 Proporciona información sobre cómo utilizar SU 8 para crear los espesores deseados.
- Calculadora de velocidad de centrifugado SU-8 Selecciona un tipo SU-8 y calcula las RPM para un espesor determinado.
- Proveedores: La solución SU-8 basada en solución se puede obtener de Microchem o Gersteltec ; las hojas secas SUEX se obtienen de DJ Microlaminates , anteriormente conocido como DJ Devcorp
Referencias
- ^ "SU-8 resiste: preguntas frecuentes" . MicroChem. Archivado desde el original el 17 de mayo de 2009 . Consultado el 21 de julio de 2011 .
- ^ Liu J, Cai B, Zhu J y col. (2004). "Investigación de procesos de microestructura de alta relación de aspecto usando SU-8 resist". Microsyst. Technol. 10 (4): 265–8. doi : 10.1007 / s00542-002-0242-2 .
- ^ Johnsona DW, Goettertb J, Singhb V y col. (2012). "SUEX Dry Film Resist: un nuevo material para la litografía de alta relación de aspecto" (PDF) . Actas de la Universidad Estatal de Luisiana .
- ^ Greener J, Li W, Ren J y col. (Febrero de 2010). "Fabricación rápida y rentable de reactores de microfluidos en polímeros termoplásticos mediante la combinación de fotolitografía y estampado en caliente". Lab on a Chip . 10 (4): 522–4. doi : 10.1039 / B918834G . PMID 20126695 .
- ^ Matarèse BF, Feyen PL, Falco A, Benfenati F, Lugli P, deMello JC (abril de 2018). "Uso de SU8 como capa de adhesión estable y biocompatible para bioelectrodos de oro" . Informes científicos . 8 (1): 5560. doi : 10.1038 / s41598-018-21755-6 . PMC 5882823 . PMID 29615634 .
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- ^ "Procesamiento de fotoprotección SU-8" (PDF) . ingenieria.tufts.edu . 2007. Archivado desde el original (PDF) el 9 de noviembre de 2009 . Consultado el 12 de junio de 2019 .
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- ^ a b c d "Polímero funcional SU-8" . Soluciones de ingeniería Gersteltec . Consultado el 12 de junio de 2019 .
- ^ "SU8" . Soluciones de ingeniería Gersteltec . Consultado el 12 de junio de 2019 .
- ^ S. Arscott, 'Los límites de la planarización del cordón del borde y la nivelación de la superficie en películas líquidas con recubrimiento giratorio', J. Micromech. Microeng. 30 , 025003, (2020).
- ^ a b "SUEX" . djmicrolaminates.com . Consultado el 15 de febrero de 2017 .