SU-8 es una fotorresistencia negativa a base de epoxi de uso común . Negativo se refiere a una fotorresistencia en la que las partes expuestas a los rayos UV se reticulan, mientras que el resto de la película permanece soluble y se puede lavar durante el revelado.
Como se muestra en el diagrama estructural, el SU-8 recibe su nombre de la presencia de 8 grupos epoxi . Este es un promedio estadístico por fracción . Son estos epoxis los que se reticulan para dar la estructura final.
Se puede convertir en un polímero viscoso que se puede hilar o extender sobre un espesor que va desde menos de 1 micrómetro hasta más de 300 micrómetros, o láminas secas de película gruesa (TFDS) para laminación de hasta más de 1 milímetro de espesor. Hasta 500 μm, la resistencia se puede procesar con litografía de contacto estándar . [1] Por encima de 500 μm, la absorción conduce a un aumento de los socavados de la pared lateral y un curado deficiente en la interfaz del sustrato. Se puede utilizar para modelar estructuras de alta relación de aspecto . Se ha logrado una relación de aspecto de (> 20) con la formulación de la solución [2] y se ha demostrado (> 40) a partir de la resistencia seca. [3] Su absorción máxima es para luz ultravioleta con una longitud de onda de la línea i : 365 nm (no es práctico exponer SU-8 con luz ultravioleta de línea g ). Cuando se expone, las largas cadenas moleculares de SU-8 se reticulan , lo que provoca la polimerización del material. Las fotorresistencias de la serie SU-8 utilizan gamma-butirolactona o ciclopentanona como disolvente principal.
SU-8 se desarrolló originalmente como una fotorresistencia para la industria de la microelectrónica , para proporcionar una máscara de alta resolución para la fabricación de dispositivos semiconductores.
En la actualidad, se utiliza principalmente en la fabricación de microfluídica (principalmente mediante litografía blanda , pero también con otras técnicas de impresión como la litografía por nanoimpresión [4] ) y piezas de sistemas microelectromecánicos . También es uno de los materiales más biocompatibles que se conocen [5] y se utiliza a menudo en bio-MEMS para aplicaciones de ciencias de la vida. [6]
El SU-8 está compuesto de epoxi Novolac de bisfenol A que se disuelve en un solvente orgánico ( gamma-butirolactona GBL o ciclopentanona , según la formulación) y hasta un 10 % en peso de sal mixta de triarilsulfonio/hexafluoroantimonato como generador de fotoácido. [7]
El SU-8 absorbe la luz en la región UV, lo que permite la fabricación de estructuras relativamente gruesas (cientos de micrómetros) con paredes laterales casi verticales. El hecho de que un solo fotón pueda desencadenar múltiples polimerizaciones hace que el SU-8 sea una resina químicamente amplificada que se polimeriza mediante la generación de fotoácido. [8] La luz irradiada sobre la resina interactúa con la sal en la solución, creando ácido hexafluoroantimónico que luego protona los grupos epóxidos en los monómeros de resina. De este modo, los monómeros se activan, pero la polimerización no avanzará significativamente hasta que se aumente la temperatura como parte del horneado posterior a la exposición. Es en esta etapa cuando los grupos epóxido en la resina se reticulan para formar la estructura curada. Cuando está completamente curada, el alto grado de reticulación le da a la resina sus excelentes propiedades mecánicas. [9]
El procesamiento del SU-8 es similar al de otras resinas negativas , con especial atención en el control de la temperatura en los pasos de horneado. Los tiempos de horneado dependen del espesor de la capa de SU-8; cuanto más gruesa sea la capa, más largo será el tiempo de horneado. La temperatura se controla durante el horneado para reducir la formación de tensión en la capa gruesa (que provoca grietas ) a medida que se evapora el solvente .
El horneado suave es el paso más importante de horneado para la formación de tensión. Se realiza después del recubrimiento por centrifugación . Su función es eliminar el disolvente de la capa protectora y hacer que la capa sea sólida. Por lo general, al menos el 5% del disolvente permanece en la capa después del horneado suave, sin embargo, cuanto más grueso sea el recubrimiento, más difícil será eliminar el disolvente, ya que la evaporación del disolvente a través de capas gruesas se vuelve cada vez más difícil con el espesor del recubrimiento. El horneado se realiza en una placa calefactora programable para reducir el efecto de formación de piel por el agotamiento del disolvente en la superficie, creando una capa densa que hace que el resto del disolvente sea más difícil de eliminar. Para reducir la tensión, el procedimiento de horneado es generalmente un proceso de dos pasos compuesto por mantener a 65 °C antes de aumentar a 95 °C y mantener nuevamente durante un tiempo que depende del espesor de la capa. Luego, la temperatura se reduce lentamente a temperatura ambiente .
Cuando se utilizan películas secas, la fotorresistencia se lamina en lugar de recubrirse por centrifugación. Como esta fórmula es esencialmente libre de solventes (menos del 1 % de solvente restante), no requiere un paso de horneado suave y no sufre estrés ni formación de piel. Para una mejor adhesión , se puede agregar un horneado posterior a la laminación . Este paso se lleva a cabo de manera similar a la fotorresistencia basada en solución, es decir, manteniéndola a 65 °C y luego a 95 °C, el tiempo depende del espesor de la película.
Después de esta etapa, la capa de SU-8 puede exponerse. Normalmente, esto se hace a través de una fotomáscara con un patrón inverso, ya que la resina es negativa. El tiempo de exposición es una función de la dosis de exposición y el espesor de la película. Después de la exposición, el SU-8 debe hornearse nuevamente para completar la polimerización. Este paso de horneado no es tan crítico como el prehorneado, pero el aumento de la temperatura (de nuevo a 95 °C) debe ser lento y controlado. En este punto, la resina está lista para revelarse.
El principal desarrollador de SU-8 es el acetato de 1-metoxi-2-propanol . [10] El tiempo de desarrollo es principalmente una función del espesor del SU-8.
Después de la exposición y el revelado, su estructura altamente reticulada le otorga una alta estabilidad a los daños por productos químicos y radiación , de ahí el nombre "resistente". El SU-8 reticulado curado muestra niveles muy bajos de desgasificación en vacío . [11] [12] Sin embargo, es muy difícil de eliminar y tiende a desgasificarse en un estado no expuesto. [13]
La serie SU-8 2000 resiste el uso de ciclopentanona como solvente principal y se puede utilizar para crear películas de entre 0,5 y 100 μm de espesor. Esta fórmula puede ofrecer una mejor adhesión en algunos sustratos en comparación con la fórmula original. [14]
Las resistencias de la serie SU-8 3000 también utilizan ciclopentanona como solvente principal y están diseñadas para hilarse en películas más gruesas que van desde 2 a 75 μm en una sola capa. [14]
La serie SU-8 GLM2060 de fotorresistentes de bajo estrés se compone de una formulación de sílice y GBL epoxi con un CTE de 14. [15]
Serie SU-8 GCM3060 de GERSTELTEC SU8 conductor con nanopartículas de plata. [15]
Serie SU-8 GMC10xx de GERSTELTEC en color SU8 Rojo, Azul, Verde, Negro y otros. [15]
Serie SU-8 GMJB10XX de epoxi de baja viscosidad GERSTELTEC para aplicaciones de inyección de tinta. [15]
Serie SU8 GM10XX de resina epoxi GERSTELTEC clásica. [16]
Su proceso de polimerización se lleva a cabo mediante la fotoactivación de un generador de fotoácido (sales de triarilsulfonio, por ejemplo) y posterior cocción posterior a la exposición. El proceso de polimerización es un crecimiento de cadena catiónica, que se lleva a cabo mediante polimerización por apertura de anillo de los grupos epóxido.
SUEX es una lámina de película seca gruesa (TDFS, por sus siglas en inglés) que es una formulación sin solventes que se aplica mediante laminación. Como esta formulación es una lámina seca, hay una alta uniformidad, no se forman rebordes en los bordes [17] y se generan muy pocos desechos. Estas láminas vienen en una gama de espesores que va desde 100 μm hasta más de 1 mm. [18] DJMicrolaminates también vende una gama más delgada, ADEX TFDS, que está disponible en espesores que van desde 5 μm hasta 75 μm. [18]