Mikrokontaktdruck (µCP)

Funktionsweise

Mikrokontaktdruck ist eine einfache und günstige Methode um Oberflächen gezielt zu funktionalisieren. Strukturgrössen im Mikrometerbereich können reproduzierbar hergestellt werden. Dabei können verschiedenste Substanzen wie Moleküle, Nanopartikel, Proteine oder Adhäsive verdruckt werden. Als Substrate eignen sich sowohl planare wie auch gekrümmte Oberflächen, von Metallen über Glas zu Kunststoffen.

 Der Druckprozess

Ein Prepolymer (z.B. Silikon) wird verwendet, um einen Abguss einer strukturierten Oberfläche (Master) herzustellen (1). Meist verwendet man einen Siliziumchip, der mit den gängigen Herstellungsverfahren der Mikrotechnologie gefertigt wurde. Nach dem Aushärten wird der Polymerstempel mit molekularer Tinte belegt (2). Dieser Stempel wird mit der Zieloberfläche in konformalen Kontakt gebracht, wo die Moleküle adsorbieren und z.B. eine selbstorganisierte Monolage bilden (3). Die gestempelten Moleküle können dort je nach Anwendung verschiedene Funktionen erfüllen(4).

Der perfekte Stempel

Auflösung und Strukturtreue beim Mikrokontaktdruck hängen stark von den Eigenschaften des verwendeten Stempels ab. Die wichtigsten Design Parameter sind Füllfaktor, Aspekt Verhältnis, Pitch Grösse und Steifheit. Wir haben langjährige Erfahrung in Design und Fabrikation von Stempeln, optimiert für die verschiedensten Prozesse, Substrate oder molekulare Tinten.

Silikonstempel

Anwendungen

Strukturierung metallischer Schichten

Der Mikrokontaktdruck erlaubt die Strukturierung metallischer Schichten auf flachen und gewölbten Substraten in hoher Auflösung und hohem Durchsatz. Dabei kann entweder eine selbstorganisierte monomolekulatre Schicht gestempelt werden, welche dann als Ätzmaske dient, oder man stempelt einen Precursor um anschliessend mittels stromloser Galvanik Kupfer oder Nickel abzulagern. Letzteres hat den Vorteil, dass keine Vakuumprozesse nötig sind. Weitere häufige Anwendungen sind verschiedene Oberflächenfunktionalisierungen oder Bioassays.

Goldnähte (CHIMIA 2002, 10, 527)
Strukturiertes Chromoxid
Kupferstruktur mittels stromloser Galvanik

Transparente Leiterbahnen

Metalle haben nicht nur eine sehr hohe elktrische Leifähigkeit, sondern reflektieren auch das Licht sehr gut. Dadurch erscheinen sie glänzend. Um metallische, transparente Leiterbahnen herzustellen, müssen sie so dünn sein, dass sie vom menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden. Das entspricht einer maximalen Linienbreite von 5 µm. Mikrokontaktdruck ist hierfür eine geeignete wirtschaftlich sinnvolle Methode. Gitter, welche mit so erzeugt wurden, zeigen sehr ähnliche optische und elektrische Eigenschaften wie Indiumzinnoxid, eines der meist genutzten transparenten, elektrisch leitfähigen Materialien.

Transparente leitfähige Gitter mit eine Linienbreite von 2um

Mikrokontaktdruck Anlage

Seit 2008 beschäftigt sich das MNT mit der Konzeption, Entwicklung und Herstellung von Mikrokontaktdruck Anlagen. Zurzeit wird eine weitere Generation am MNT entwickelt. Diese erlaubt ein Ausrichten (Alignment) aller rotativen sowie translatorischen Freiheitsgrade des Stempels relativ zur Zieloberfläche. Durch eine im Druckkopf integrierte Kraftmessung kann die Druckkraft kontrolliert und gezielt verändert werden. Dank einer eigens entwickelten Software können Prozess relevante Parameter (wie z.B. Druckzeit, Druckkraft) gesteuert und / oder geregelt werden. Eine in der Anlage integrierte Optik mit CMOS Kamera ermöglicht zusätzlich eine Prozessüberwachung des Druckvorgangs. Durch den modularen Aufbau der Anlage sind auch weitere Optionen wie z.B. Substratheizung / -kühlung, Fluoreszenzanalyse oder ein spezieller Druckkopf für gewölbte Substrate möglich. Gerne entwickeln wir mit Ihnen zusammen für Ihre Bedürfnisse speziell angepasste Lösungen.

Flyer zur Mikrokontaktdruck Anlage

Spezifikationen

Stempelgrösse1 mm2 bis 10 cm2
Strukturgrösse< 1 µm bis einige mm
Kraftkontrolle50 mN bis 10 N
Translation in x / y-Achse50 mm
Translation in z-Achse25 mm
Min. Schrittweite< 1 µm
Rotation um z-Achse+ / -  180°
Rotationsauflösung< 5 Bogensekunden
Tilt um x / y-Achse+ / - 5°
Tilt-Auflösung< 0.5 Bogensekunden
Optische Vergrösserung0.7x – 4.5x
Mikrokontaktdruck Anlage der 3. Generation