DMD无掩膜光刻设备成为PCB板课件.ppt

1、2.1 DMD的结构特点的结构特点DMD芯片是芯片是MEMS（Micro Electro Mechanical systems，微电子机械系统）技术，微电子机械系统）技术下的产物的，在其芯片表面集成了数十万乃至百万个微反射镜（下的产物的，在其芯片表面集成了数十万乃至百万个微反射镜（Micromirror Pitch）。）。微反射镜是其微反射镜是其DMD芯片的物理像素，微反射镜越多，芯片的物理像素，微反射镜越多，DMD芯片所能的显示的分辨率芯片所能的显示的分辨率越高越高, 通过电控每个微反射镜的转动来实现所需要的光图形通过电控每个微反射镜的转动来实现所需要的光图形。DMD芯片分类波段：紫外 、近

2、红外、可见的芯片尺寸：0.95英寸、0.75英寸、0.45英寸、0.2英寸帧频:高帧频（20kHz）低帧频(1k-3kHz)匹配不同的控制芯片，利用FPGA进行可编程开发，形成各类驱动。2.2基于DMD的紫外高速数字光刻设备的特点相对于掩膜曝光系统：相对于掩膜曝光系统：无掩膜无掩膜v无需加工不同结构的掩模板，极大降低了生产成本，提高无需加工不同结构的掩模板，极大降低了生产成本，提高了工作效率和系统稳定性。了工作效率和系统稳定性。相对于单光束扫描曝光系统：相对于单光束扫描曝光系统：多光束扫描曝光多光束扫描曝光vDMD芯片上的每一个微反射镜都可以等效的看作是一处独芯片上的每一个微反射镜都可以等效的

3、看作是一处独立光源，其曝光过程相当于多光束逐点曝光，通过匹配微立光源，其曝光过程相当于多光束逐点曝光，通过匹配微反射镜的开关频率与样品台的运行速度，实现反射镜的开关频率与样品台的运行速度，实现DMD的图形的图形滚动曝光，提高了系统的生产效率。滚动曝光，提高了系统的生产效率。目前的诸如PCB板的加工基本使用掩膜曝光设备。其价格低，但需加工掩膜版。掩模板制作复杂、周期长、费用昂贵，一旦完成无法修改，这些缺陷已经严重限制了高端个性化PCB板的加工制作。数字印刷行业也面临同样转型升级状态，急需无掩膜光刻设备来对其进行更新换代。而单点激光直写无掩膜设备效率低下，不适合该行业需求。DMD无掩膜光刻设备成为

4、无掩膜光刻设备成为PCB板、数字印刷行业发展的必然选择。（工业）板、数字印刷行业发展的必然选择。（工业）掩模曝光掩模曝光DMD无掩模数字光刻无掩模数字光刻更更 新新2.3基于DMD的紫外高速数字光刻设备的应用方向PCB板工业制造三维立体光刻（实验室）2005年，UC Berkeley的X. Zhang课题组，微投影立体光刻装置，特征尺寸达到0.6um生物芯片制造u高密度DNA芯片u器官芯片u微流控芯片生物3D打印u打印多孔生物支架，生长组织，进打印多孔生物支架，生长组织，进行移植；行移植；u打印立体微环境，进行体外环境模打印立体微环境，进行体外环境模拟；拟；高速信号和电源完整性的PCB仿真；高

5、帧频（20000Hz），实现灰度图像DMD驱动程序；基于网络的接口通用协议的VHDL实现，如TCP/IP，UDP/IP。核心技术核心技术1DMD1DMD驱动驱动（国内的（国内的DMD帧频在帧频在2000以内，效率低。国外以内，效率低。国外DMD帧频在帧频在15000以上，效以上，效率高。）率高。）DMDDMD驱动板驱动板曝光光源能量分布实际测试图利用特殊的衍射匀光光学元件和405nm激光，激光，形成高均匀、高效照明光源激光照明系统激光照明系统投影物镜投影物镜丰富的投影光刻物镜光学、光机设计经验以及成熟的精密装调工艺，保证每一个投影光刻物镜的成像质量。标准物镜：1X：分辨力10.8m，曝光面积2

6、1X10.5mm2数值孔径NA=0.1核心技术核心技术2光学模块光学模块（国内同类产品以卤素灯为主，国外同类产品以（国内同类产品以卤素灯为主，国外同类产品以LED照明为主）照明为主）u形成灰度滚动数据处理很存储方式，利用扫描曝光方式提高设备工作效率。核心技术核心技术3数据处理数据处理（国内同类产品形成固定数据，分块存储，国外同类产品形成滚动数据，分块存储。）（国内同类产品形成固定数据，分块存储，国外同类产品形成滚动数据，分块存储。）D M D平 台 扫 描 方 向1D M D平 台 扫 描 方 向1112D M D平 台 扫 描 方 向32221D M D平 台 扫 描 方 向33324D M

7、 D平 台 扫 描 方 向44435D M D平 台 扫 描 方 向55555ABCDEF Video 1. : Numberu利用部分数据预制模版来进一步平衡照明的不均匀性。u利用畸变补偿方法，对数据预制处理，以抵消镜头畸变的影响，降低对镜头的质量的要求。核心技术核心技术4 4 自动调焦自动调焦v 利用激光三角测量原理形成自动调焦系统，包括激光光源、光学系统和PSD。v 调焦精度: 1umDMD驱动方面：驱动方面：l滚动灰度光刻的DMD动作方法 许家林 孙强 发明专利201410508288.3授权照明方面照明方面:l刘华;卢振武; 实现半导体激光光束匀化的微光学元件 中国发明专利 CN20

8、1110272797 （2013.04.17 授权公告日） 授权数字处理方面数字处理方面:l一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法 刘华;卢振武 （已提交）系统装调方面系统装调方面:lDMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 刘华 谭向全 党博石 发明专利201510263495l用于定位DMD光刻系统中相机焦平面位置的新型分划板 刘华 谭向全 党博石 卢振武 发明专利201510316684.0发表论文：发表论文：lXiao-Duo Wang HuaLiu*、 Zhen-WuLu Li-WeiSong Tai-shengWang Bo-Shi Dang Xiang-Q

9、ianQuan Yun-PengLi Design of a spectrum-folded Hadamard transform spectrometer in near-infrared band Opt. Commu. 333. 80-83 (2014)lZheng Xiong Hua Liu* Xiangquan Tan Zhenwu Lu Cuixia Li Liwei Song Zhi Wang Diffraction analysis of digital micromirror device in masklessphotolithography system J. Micro

10、/Nanolith. MEMS MOEMS 13(4), 043016 (OctDec 2014)vXiangqian Quan, HuaLiu*, Zhenwu Lu, Xiangzi Chen, Xiaoduo Wang, Jialin Xu and Qun Gao. “Correction and analysis of noise in Hadamard transform spectrometer with digital micro-mirror device and double sub-gratings” J Optics Communications, Issue. 359

11、(2016).vXiangqian Quan, HuaLiu*, Zhenwu Lu, Yongqian Quan, Xiaoduo Wang, Hetuo Chen, and Heyang Bu. “Design of stray light suppressed digital micromirror device-based spectrometer with compound parabolic concentrato” J Optical Engineering, Vol. 54, Issue. 11 (2015).vXiaoduo Wang HuaLiu Larissa Jusch

12、kin YunpengLiJialinXuXi Freeform lens collimating spectrum-folded Hadamard transform near-infrared spectrometer Opt. Commu. 380 161-167 (2016)l刘华，卢振武，熊峥、王尧、王鹤、黄剑波、谭向全 孙强 绝对式光栅尺母尺刻划曝光系统 光学 精密工程 22（7）1814-1819 （2014）在国家重大专项项目的支持下，进行了大量的DMD光刻基础实验，研制了原理样机，验证了原理和技术方案的可行性。确立了光刻机的总体方案，采用DMD数字微镜为图形发生器，形成动态掩

13、模并进行曝光。DMD帧频：20kz/s 数据接口：千兆网接口照明光源：紫外激光 中心波长405um 6w光学镜头：放大倍率1倍， 数值孔径0.085 （或者10倍显微镜头）曝光方式：扫描曝光，扫描述度：150mm-200mm/s平台运动范围：X轴400mm、Y轴500mm、 Z轴50mm以内调焦精度：+-1um（PSD自动调焦机构）自动调焦机构）制作线宽/距达：15m、精度2m、重复精度3m（根据镜头（根据镜头和运动平台的参数可改变）和运动平台的参数可改变）指标指标内部光刻头的结构内部光刻头的结构光刻软件操作控制界面光刻软件操作控制界面部分光刻结果部分光刻结果PCB板的光刻制作结果板的光刻制作

14、结果各种形状的二维图形光刻结果各种形状的二维图形光刻结果10um线宽的光栅光刻结果线宽的光栅光刻结果5um和和1um线宽的光栅光刻结果线宽的光栅光刻结果用于水净化的微流控芯片用于水净化的微流控芯片模版模版 玻璃衍射原件玻璃衍射原件v生物生物3D打印打印就是能够在数字三维模型驱动下，按照增材制造原理定位装配生物材料（如医用高分子材料、无机材料、水凝胶材料）或活细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品。v这一技术概念最早是由美国Clemson university、University of Missouri、Drexel University等大学的教授在2000年左右提出，2003

15、年Mironv V和Boland T在Trends in Biotechnology杂志系统提出“器官3D打印”这一概念。2002年左右，清华大学颜永年教授率先在国内开展3D生物打印技术研究。v目前国内外的生物3D打印技术还处在初级研究阶段，尤其在打印设备和工艺方面，并没有成熟的生产厂家。各个科研院所仍然以自行搭建设备为主。生物3D打印设备种类挤压打印机双光子飞秒激光打印机DMD数字打印机DMD数字打印机u特点特点由于可以快速打印大面积尺寸的立体结构，同时分辨率高（5um-50um），在生物打印中具有很大的优势，占据着比较广阔的打印空间。u打印的适用方向打印的适用方向高分辨率的生物多空支架（形

16、成微型血管结构，为细胞的生长提供充分的营养和氧气，提高其成活率和生长率。从而可以快速的形成可供移植的组织和器官。器官芯片（Organ on trip），器官芯片是基于微加工技术制备出的模拟人体特定器官的复杂微结构、微环境和生理功能的微流控芯片仿生系统，也叫微生理系统（microphysiological system）或芯片人体（human-on-a-chip）。u国内外状况国内外状况目前国内从事相关研究的科研院所比较少，不够成熟，有浙大、华西医科大学、中科院物理研究所等。他们都是以挤压和激光打印技术为主，真正从事DMD打印技术研究的几乎没有。未来的3D生物打印设备需求会不断扩大，各类医院和科研院所的基础研究都会需要，但是如果希望能研制出理想的打印设备，就需要进行生物打印方面的基础研究，掌握打印过程中的难点、未来需求方向和打印工艺，以及材料。u我们的优势我们的优势我们拥有DMD打印设备的良好基础，未来通过与生物专业合作的方式可以快速进入该领域，进行生物支架打印和器官芯片打印方面基础研究，并逐步优化打印系统和工艺 ，形成专用打印设备。