Inkjet patterning for advanced microfabrication

Inkjet printing technology has become recognized in the technical community as a highly capable tool for manufacturing. In the last decades, new technologies were introduced to increase the power of inkjet printing, to reduce the pattern dimension without decreasing its definition. Advanced printing instruments can be used for the manufacturing of micro devices thanks to the capability to print well-defined patterns at the micrometric dimension. This work has the ambition to give a significant contribution in the micro device, MEMS and micro robots production using ink jet printing process. The aim of this work is to produce prototypical microdevices with this new and more economical process based on printing of micrometric polymeric patterns on metallic substrate coupled with either an etching process or the electrodeposition of metallic layers. The printing process is characterized in function of the substrate properties, the critical printing parameters and the solution properties. Both reticulating and non-reticulating polymers were tested for patterning. Since the optimization of the printing process is very relevant for the aim of this work, the characterization of patterning quality was carried out using different solvents and with different concentrated solutions. Furthermore, the electrodeposition process and the relative electrochemical bath are tested to provide the right magnetic properties and microstructure of the deposited alloys. Two applications are presented to demonstrate the potentiality of the technique: RF antennas and magnetic micro coils.

L’ ink jet printing è diventata negli ultimi anni una tecnologia riconosciuta nella comunità scientifica, per la produzione di sensori altamente funzionali. Negli ultimi decenni sono state introdotte nuove tecnologie per aumentare le capacità dell’inkjet printing consentendo la produzione di pattern a piccole dimensioni senza comprometterne la definizione. Grazie a strumentazioni avanzate è possibile stampare pattern estremamente definiti per la fabbricazione di micro device. Questo lavoro vuole contribuire per introdurre la tecnologia ink jet nella produzione di micro device, MEMS e microrobot. Lo scopo di questo lavoro è la produzione di prototipici micro device utilizzando questa nuova ed economica tecnologia, basata sulla stampa di pattern micrometrici su substrati metallici abbinandoci il processo di etching e l’elettrodeposizione di layer metallici. La caratterizzazione del processo prende in considerazione le proprietà del substrato sul cui si vuole stampare, i parametri critici di stampa e le proprietà della soluzione. Sono stati stampati pattern composti da polimeri non reticolanti e polimeri reticolanti. L’ottimizzazione dei parametri degli inchiostri ha un ruolo molto importante per intero sviluppo della tecnica, per cui sono state utilizzate soluzioni composte da diversi solventi con varie concentrazioni di polimero all’interno. Inoltre, il processo di elettrodeposizione, con il relativo bagno elettrochimico, sono stati testati per avere una corretta deposizione di layer di una lega magnetica, la permalloy. Due applicazioni sono state sviluppate per verificare le potenzialità della technologia: antenne a radio frequenza e micro coil magnetici.