高精度光學設備開發(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：高性能光學設備無處不在，從普通的智能手機攝像頭到增強現實和虛擬現實設備，我們已經習慣并要求在越來越小的外形尺寸中提供卓越的質量成像能力。問題是，生產這些精密納米結構通常需要多步驟、分層的 2D 光刻工藝，需要在潔凈室設施中使用多臺機器，這使得成本高昂并阻礙了可擴展性，那么現在有什么較好的解決方案嗎？



隨著電子設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挑戰(zhàn)。南極熊獲悉，奧地利高精度光學設備開發(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，將用于生產靈活、可拉伸的光子設備。

傳統(tǒng)上，納米級高性能光學器件的生產采用多步驟、分層的 2D 光刻工藝。這需要在潔凈室設施中使用多臺機器，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，將生產過程簡化為一臺機器，從而創(chuàng)造了更大生產規(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。  他評論道:“3D 打印已經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，這項技術有可能通過消除潔凈室要求并提高生產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 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，基于具有新設計光路的 DLP9000 芯片組，可以在 405 納米波長下實現亞微米分辨率，這也標志著 In-Vision 首次涉足亞微米 3D 打印領域。  

Das Gupta 解釋道：“光引擎是我們工藝的關鍵組成部分，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，該團隊經常開會解決技術挑戰(zhàn)并協調 3D 打印機的設計和規(guī)格。   這種新型亞微米 3D 打印機的生產滿足了對智能手機、單反相機和虛擬現實設備等一系列電子設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域提供價值。例如，該技術可用于生產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還指出了這項技術的潛在環(huán)境效益，它減少了整個生產過程的碳足跡，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稱為 micro-CLIP，可實現比商用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。