Mmetallization of stereolithography 3D printed microdevices

In the recent years, 3D printing technologies are emerging in the rapid prototyping field as a viable way to obtain solid 3D object with low production costs and short times. As these techniques advance and become more and more accurate, i.e. reducing their feature size, the prospect to use them to produce MEMS devices avoiding the typical subtractive silicon based production process becomes a solid possibility. In this thesis work, the feasibility of this new production process for MEMS devices is investigated in order to understand the real capability of this new production path and its possible limitations, focusing on the metallization part of the production process. To perform the analysis, electroless metallization processes has been exploited in order to add to the polymeric material used for the 3D printing some properties typical of metals and semiconductors, materials often used for the production of MEMS devices. In particular, electroless NiP and Cu deposition have been used, sometimes coupled with other electroless or electrolytic processes in order to produce a multilayered structure. Deposition process has been studied through the characterization of the solution baths, while, deposition products have been studied through several microscopy and surface investigation techniques. Finally, some prototypes have been used to show the feasibility to use this new production process for the manufacturing of MEMS devices.

Negli ultimi anni le tecniche di stampa 3D hanno guadagnato sempre più importanza nel campo della produzione di prototipi 3D, ciò è stato possibile grazie al fatto che queste tecniche di stampa consentono la produzione di pezzi solidi aventi costi di produzione e tempi di fabbricazione inferiori rispetto alle tecniche classiche. Man mano che la precisione di queste tecniche è migliorata, la prospettiva di utilizzare la stampa 3D per produrre dispositivi MEMS, evitando così i processi produttivi dei dispositivi a base di silicio, è diventata una possibilità concreta. Questa tesi ha lo scopo di investigare questo nuovo metodo di produzione di dispositivi MEMS per verificarne l’effettiva fattibilità e gli eventuali limiti. L’analisi è stata condotta metallizzando campioni di resina polimerica per stampa 3D tramite tecniche di deposizione electroless, ciò è stato fatto per conferire ai campioni polimerici alcune delle tipiche proprietà dei materiali metallici e semiconduttori tipicamente usati per la produzione di dispositivi MEMS. In particolare, si sono usate soluzioni electroless di NiP e Cu, accoppiati, alle volte, con altre soluzioni electroless o elettrolitiche, in maniera da produrre una struttura a multylayer. Il processo di deposizione è stato studiato tramite la caratterizzazione delle soluzioni utilizzate, mentre, i prodotti di deposizione sono stati analizzati tramite l’utilizzo di diverse tecniche di microscopia e di indagine delle proprietà superficiali. Infine, ci si è serviti di alcuni prototipi per dimostrare la validità di questo nuovo processo produttivo nella produzione di dispositivi MEMS.