Date of Award

4-2018

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Prof. Abdel-Hamid Ismail Mourad

Second Advisor

Dr. Saud Abdelaziz Khashan

Abstract

This study is conducted to highlight the improvement in technology of manufacturing microstructures using maskless lithography technique. Direct laser writing technique was implemented, and a major section of this study is carried out on an experimental slant. Variables that were not covered experimentally were studied using lithography simulation software, GenISys – LAB. The aim of this study is to fabricate and analyze cost effective maskless lithography apparatus to ensure rapid prototyping and optimize the system to be used for at least two negative photoresist materials. A parametric study was carried out determining the best operating conditions from both perspectives of direct laser writing and material process parameters. All parameters were studied experimentally, but the impact of depth of focus was illustrated using lithography simulation. Using direct laser writing system, complex designs were manufactured. The developed system had a maximum writing speed of 0.834 mm/s. The minimum line width produced using optimized operating conditions was 3.94 μm. Experimentally, increasing laser intensity increased the line width and by increasing post bake timings, it was observed that less laser intensity was required. Simulation results showed that depth of focus plays a crucial role in manufacturing good quality 3D resist profile. We developed a cost effective direct laser writing system as a part of studying maskless lithography process for rapid manufacturing. The total cost associated to develop this system was AED 4800 ($ 1307). This system was optimized to be used with two negative photoresist materials. A significant contribution of our work is through cost effectiveness and performance to produce complex designs using a maskless lithographic process. This study will provide an opportunity for researchers to use their innovative designs with faster and cheaper methods of prototyping micro devices.

Arabic Abstract

أجريت هذه الدراسة لتسليط الضوء على التحسن في تكنولوجيا تصنيع الهياكل الدقيقة باستخدام تقنية الطباعة الحجرية المكشوفة. تم تنفيذ تقنية الكتابة بالليزر المباشر، وقد تم تنفيذ قسم رئيسي من هذه الدراسة على ممر تجريبي. وتمت دراسة المتغيرات التي لم تكن مغطاة في التجربة باستخدام برنامج محاكاة الطباعة الحجرية GenISys-LAB. الهدف من هذه الدراسة هو تصنيع وتحليل أجهزة الطباعة الحجرية المكشوفة ذات التكلفة الفعالة لضمان النمذجة السريعة وتحسين النظام لاستخدامه لما لا يقل عن اثنين من المواد السلبية المقاومة للضوء. تم إجراء دراسة بارامترية لتحديد أفضل ظروف التشغيل من كل من وجهتي كتابة الليزر المباشر وإطارات عملية المواد. تمت دراسة جميع الإطارات تجريبياً، ولكن تم توضيح تأثير عمق التركيز باستخدام محاكاة الطباعة الحجرية. باستخدام نظام الكتابة بالليزر المباشر، تم تصنيع التصاميم المعقدة. بلغ أقصى سرعة كتابة للنظام المتقدم 0.834 ملم/ثانية، وكان الحد الأدنى للعرض الذي تم إنتاجه باستخدام ظروف التشغيل المحسنة هو 3.94 ميكرومتر. من الناحية التجريبية، زيادة كثافة الليزر أدت إلى زيادة عرض الخط وبزيادة توقيتات (البوست بيك) لوحظ أن هناك حاجة إلى كثافة أقل من الليزر. وأظهرت نتائج المحاكاة أن عمق التركيز يلعب دوراً حاسماً في تصنيع الملف الشخصي الثلاثي الأبعاد. ولقد قمنا بتطوير نظام الكتابة بالليزر المباشر فعال من حيث التكلفة كجزء من دراسة عملية الطباعة الحجرية المكشوفة للتصنيع السريع. بلغت التكلفة الإجمالية لتطوير هذا النظام 4800 درهم (1307 دولار). وتم تحسين هذا النظام ليتم استخدامه مع اثنين من المواد السلبية المقاومة للضوء. كانت هناك مساهمة كبيرة من عملنا، وهي من خلال فعالية التكلفة والأداء لإنتاج التصاميم المعقدة باستخدام عملية الطباعة الحجرية المكشوفة. ستوفر هذه الدراسة فرصة للباحثين لاستخدام تصاميمهم المبتكرة بأساليب أسرع وأرخص من النماذج الأولية.

.

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: الطباعة الحجرية المكشوفة، مقاومة الضوء، جرعة التعرض، عرض الخط، عمق التركيز، الفتحة العددية (الرقمية)، قبل الخبز، بعد الخبز.

Download

Share

COinS