Kerntechnologie

Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP)

 

Die Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP) ist eine maskenlose direkte Laserschreibtechnologie. Bei der TPP findet die Licht-Materie-Wechselwirkung nur innerhalb des Volumens des fokussierten Laserspots statt.

Die gleichzeitige Absorption von zwei Photonen im fokalen Volumen löst die lokal begrenzte Polymerisation eines belichteten Photoresists aus.

Der Laserfokus kann durch das Volumen des Photoresists entlang aller drei Raumrichtungen bewegt werden. Komplexe 3D-Strukturen werden entlang der Bahnkurve des Lasers geschrieben, wobei Licht wie ein Pinsel verwendet wird.

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit findet die TPP-Fertigung in vielen Bereichen Anwendung, so etwa in der Mikrooptik, Photonik, Mikromechanik und Biomedizin.


Vorteile der TPP

Die TPP hebt sich von alternativen Technologien durch hohe Auflösung und die Möglichkeit zu "echtem" 3D-Druck ab. Neuartige Anwendungen in verschiedenen Industriezweigen werden dadurch ermöglicht.

 

Komplexe Strukturen in einem Prozessschritt

 

In einem einzigen Prozessschritt können sehr komplexe Strukturen hergestellt werden. Die kontinuierliche Auftragung frischen Materials, wie bei konventionellen 3D-Drucktechnologien (z.B. Metall-3D-Druck oder Stereolithographie) üblich, ist hier nicht nötig.

Auflösung unterhalb der Beugungsgrenze

 

Durch die nicht lineare Absorption kann eine Druckauflösung im Bereich von 100 nm erreicht werden. Die Auflösung liegt damit unterhalb des Beugungslimits, im Gegensatz zu konventionellen Laserscanning-Methoden.

Genauigkeit und Skalierbarkeit

 

Strukturen im Submikrometer- bis zum Zentimeterbereich können mit sehr hoher Genauigkeit realisiert werden. TPP schließt die Lücke zwischen Nano- und Mikrofabrikationsmethoden und konventionellem 3D-Druck.

Stitching-freie Herstellung

 

Mit dem Schreibmodus "Infinite Field-of-View" (IFoV) kann eine äußerst hohe Qualität von optischen Komponenten ohne Stitchingdefekte erreicht werden. Dazu verwendet Multiphoton Optics ein synchronisiertes 5-Achsensystem in den LithoProf3D® Laserdirektschreibsystemen.

Das obere Bild zeigt ein zylindrisches Mikrolinsenarray, das mit dem IFoV-Modus geschrieben wurde. Indem die Translationsachsen und die Galvoachsen synchronisiert werden, ist es möglich große Strukturen ohne Stitching zu schreiben. 

Das Bild unten zeigt ein zylindrisches Mikrolinsenarray, das mit Stitching hergestellt wurde. Ein großer Nachteil dieser Technik sind die ungewünschten Stitching-Artefakte entlang der Kanten, die zu einer Verringerung der Qualität für viele optische Komponenten beitragen.

Kompatibilität mit Nano- und Mikrofabrikationsprozessen

 

Da bei der TPP Technologie ähnliche Materialien (Photoresists und Lösemittel) wie bei Standard-Nano- und Mikrofabrikation eingesetzt werden, ist die Integration in herkömmliche Arbeitsabläufe nahtlos möglich.

On-Device-Printing

 

Strukturen können direkt auf aktive (LEDs, Photodioden, EELs, VCSELs) oder passive (Fasern, unregelmäßige Substrate) Bauteile gedruckt werden.

Zeitintensive Prozessschritte, wie zum Beispiel die aktive Ausrichtung einzelner Komponenten, werden eliminiert.

Mikrooptiken für verschiedene Anwendungen

 

Mikrolinsenarrays mit Linsen in verschiedenen Größen und Formen können für Bildgebungs- und Sensoranwendungen eingesetzt werden.

TPP Herstellungsprozess -
basierend auf drei Schritten

Um qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen, ist ein tiefes Wissen über die durch die Belichtungsstrategie hervorgerufene Strukturbildung von entscheidender Bedeutung. Über die Jahre hat Multiphoton Optics Belichtungsstrategien entwickelt und optimiert, die Druckergebnisse erzielen, die in Einklang mit den Anforderungen des Kunden stehen.