高精度光學(xué)設(shè)備開(kāi)發(fā)商In-Vision：開(kāi)發(fā)用于半導(dǎo)體行業(yè)的亞微米3D打印機(jī)

導(dǎo)讀：高性能光學(xué)設(shè)備無(wú)處不在，從普通的智能手機(jī)攝像頭到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，我們已經(jīng)習(xí)慣并要求在越來(lái)越小的外形尺寸中提供卓越的質(zhì)量成像能力。問(wèn)題是，生產(chǎn)這些精密納米結(jié)構(gòu)通常需要多步驟、分層的 2D 光刻工藝，需要在潔凈室設(shè)施中使用多臺(tái)機(jī)器，這使得成本高昂并阻礙了可擴(kuò)展性，那么現(xiàn)在有什么較好的解決方案嗎？



隨著電子設(shè)備變得越來(lái)越小型化，更小尺寸的光學(xué)元件具有很大的生產(chǎn)挑戰(zhàn)。南極熊獲悉，奧地利高精度光學(xué)設(shè)備開(kāi)發(fā)商In-Vision正在與印度班加羅爾科學(xué)研究所的 Tapajyoti Das Gupta 教授合作開(kāi)發(fā)一款新型亞微米 3D 打印機(jī)。In-Vision 和 Das Gupta 與孟買 3D 打印機(jī)制造商 J Group Robotics 合作建造了 3D 打印機(jī)，將用于生產(chǎn)靈活、可拉伸的光子設(shè)備。

傳統(tǒng)上，納米級(jí)高性能光學(xué)器件的生產(chǎn)采用多步驟、分層的 2D 光刻工藝。這需要在潔凈室設(shè)施中使用多臺(tái)機(jī)器，使得該過(guò)程成本高昂并且限制了可擴(kuò)展性。人們希望這款新型 3D 打印機(jī)能夠加速并降低生產(chǎn)成本，顛覆半導(dǎo)體行業(yè)，并建立更具彈性的供應(yīng)鏈。這款新型 3D 打印機(jī)無(wú)需潔凈室，將生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化為一臺(tái)機(jī)器，從而創(chuàng)造了更大生產(chǎn)規(guī)模和新應(yīng)用的潛力。

Das Gupta 預(yù)計(jì) 3D 打印機(jī)將于 2023 年 12 月完成，并預(yù)計(jì)第一批亞微米光學(xué)元件將于2024年春季生產(chǎn)。  他評(píng)論道:“3D 打印已經(jīng)取代了許多其他制造工藝，唯一剩下的就是亞微米分辨率的打印，這項(xiàng)技術(shù)有可能通過(guò)消除潔凈室要求并提高生產(chǎn)速度來(lái)降低成本并推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)生巨大變化?！?br />

△7 µm 高度激光顯微鏡樣品，帶有開(kāi)箱即用的樹(shù)脂

開(kāi)發(fā)新型亞微米 3D 打印機(jī)
大多數(shù) DLP 3D 打印中使用的投影儀僅限于一到兩微米的分辨率，但 Das Gupta 的工作需要亞微米范圍內(nèi)的分辨率。In-Vision 在這個(gè)項(xiàng)目中提供了一款新的光引擎投影儀，能夠整合到新型3D打印機(jī)中。該投影儀據(jù)說(shuō)是“世界上第一個(gè)”用于3D打印的亞微米光引擎，基于具有新設(shè)計(jì)光路的 DLP9000 芯片組，可以在 405 納米波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)亞微米分辨率，這也標(biāo)志著 In-Vision 首次涉足亞微米 3D 打印領(lǐng)域。  

Das Gupta 解釋道：“光引擎是我們工藝的關(guān)鍵組成部分，當(dāng)達(dá)到亞微米級(jí)分辨率時(shí)，它需要更高的精度，In-Vision 是唯一一家愿意通過(guò)開(kāi)發(fā)世界上第一個(gè)用于 3D打印的亞微米光引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的公司。”

得益于印度電子信息部的資助，Das Gupta 和 In-Vision 與 J Group Robotics 合作建造了 3D 打印機(jī)，該團(tuán)隊(duì)經(jīng)常開(kāi)會(huì)解決技術(shù)挑戰(zhàn)并協(xié)調(diào) 3D 打印機(jī)的設(shè)計(jì)和規(guī)格。   這種新型亞微米 3D 打印機(jī)的生產(chǎn)滿足了對(duì)智能手機(jī)、單反相機(jī)和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備等一系列電子設(shè)備中使用的微型光學(xué)元件日益增長(zhǎng)的需求。  

此外，亞微米制造能力可以在其他垂直領(lǐng)域提供價(jià)值。例如，該技術(shù)可用于生產(chǎn)用于隱形眼鏡和半導(dǎo)體行業(yè)的水凝膠和生物聚合物，還可通過(guò)亞微米3D打印生產(chǎn)用于光譜分析的生物傳感器，用于檢測(cè) COVID-19 和其他材料濃度較低的病原體。Das Gupta還指出了這項(xiàng)技術(shù)的潛在環(huán)境效益，它減少了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的碳足跡，并可以顯著提高供應(yīng)鏈的彈性，使公司能夠在離家更近的地方生產(chǎn)和采購(gòu)芯片。


△顯微鏡下人類頭發(fā)的大小 (100 µm)

超高分辨率3D打印
低微米3D打印在增材制造行業(yè)中并不是一個(gè)新概念。早在2019年，法國(guó)超高分辨率3D打印機(jī)制造商Microlight3D就推出了Altraspin，這是一款分辨率低至0.2微米的3D打印機(jī)，比人類頭發(fā)絲寬度小100倍。Altraspin 3D 打印機(jī)在微型機(jī)器人、生物工程和微傳感器應(yīng)用中提供價(jià)值，旨在滿足亞微米制造不斷增長(zhǎng)的需求。     

此前，斯坦福大學(xué)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)利用增材制造進(jìn)行微加工的研究。這項(xiàng)發(fā)表在《Science Advances》上的研究概述了一種解決增材制造中多個(gè)微加工問(wèn)題的新方法，使物體能夠3D打印小至 1.5 微米。研究人員開(kāi)發(fā)的單位微米分辨率技術(shù)稱為 micro-CLIP，可實(shí)現(xiàn)比商用CLIP 3D 打印機(jī)小 50 倍的零件特征，同時(shí)保持較高的 3D 打印速度。