高精度光學設(shè)備開發(fā)商In-Vision：開發(fā)用于半導體行業(yè)的亞微米3D打印機

導讀：高性能光學設(shè)備無處不在，從普通的智能手機攝像頭到增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實設(shè)備，我們已經(jīng)習慣并要求在越來越小的外形尺寸中提供卓越的質(zhì)量成像能力。問題是，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)施中使用多臺機器，這使得成本高昂并阻礙了可擴展性，那么現(xiàn)在有什么較好的解決方案嗎？



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

傳統(tǒng)上，納米級高性能光學器件的生產(chǎn)采用多步驟、分層的 2D 光刻工藝。這需要在潔凈室設(shè)施中使用多臺機器，使得該過程成本高昂并且限制了可擴展性。人們希望這款新型 3D 打印機能夠加速并降低生產(chǎn)成本，顛覆半導體行業(yè)，并建立更具彈性的供應鏈。這款新型 3D 打印機無需潔凈室，將生產(chǎn)過程簡化為一臺機器，從而創(chuàng)造了更大生產(chǎn)規(guī)模和新應用的潛力。

Das Gupta 預計 3D 打印機將于 2023 年 12 月完成，并預計第一批亞微米光學元件將于2024年春季生產(chǎn)。  他評論道:“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，這項技術(shù)有可能通過消除潔凈室要求并提高生產(chǎn)速度來降低成本并推動半導體行業(yè)發(fā)生巨大變化�！�


△7 µm 高度激光顯微鏡樣品，帶有開箱即用的樹脂

開發(fā)新型亞微米 3D 打印機
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 在這個項目中提供了一款新的光引擎投影儀，能夠整合到新型3D打印機中。該投影儀據(jù)說是“世界上第一個”用于3D打印的亞微米光引擎，基于具有新設(shè)計光路的 DLP9000 芯片組，可以在 405 納米波長下實現(xiàn)亞微米分辨率，這也標志著 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，當達到亞微米級分辨率時，它需要更高的精度，In-Vision 是唯一一家愿意通過開發(fā)世界上第一個用于 3D打印的亞微米光引擎來實現(xiàn)這一目標的公司�！�

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，該團隊經(jīng)常開會解決技術(shù)挑戰(zhàn)并協(xié)調(diào) 3D 打印機的設(shè)計和規(guī)格。   這種新型亞微米 3D 打印機的生產(chǎn)滿足了對智能手機、單反相機和虛擬現(xiàn)實設(shè)備等一系列電子設(shè)備中使用的微型光學元件日益增長的需求。  

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


△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)中并不是一個新概念。早在2019年，法國超高分辨率3D打印機制造商Microlight3D就推出了Altraspin，這是一款分辨率低至0.2微米的3D打印機，比人類頭發(fā)絲寬度小100倍。Altraspin 3D 打印機在微型機器人、生物工程和微傳感器應用中提供價值，旨在滿足亞微米制造不斷增長的需求。     

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