Facile laser fabrication of on-demand polyimide structures selectively bonded with metal and polydimethylsiloxane on the surface

Abstract

폴리이미드는 우수한 기계적, 열적, 화학적 특성을 가지고 있으며, 최근 뛰어난 생체 적합성이 입증됨에 따라 PDMS (폴리디메틸실록산)와 함께 바이오 소재로 각광을 받 고 있다. 그러나, 폴리이미드의 우수한 특성들은 도리어 폴리이미드 구조물의 제작에 있어 큰 걸림돌로 작용하고 있으며, 이는 효율적인 폴리이미드 가공 기술의 부재로 이어진다. 최근 폴리이미드 관련 연구 결과들을 살펴보면, 대다수의 연구에서 폴리이 미드 구조물을 제작하기 위해 포토리소그래피 공정과 몰드 성형 기법을 주로 사용하 는 것을 볼 수 있다. 특히나, 몰드 성형 기법의 경우 본을 뜨는 마스터 몰드의 제작에 있어 주로 포토리소그래피 공정에 의존하기 때문에, 폴리이미드 구조물 제작 기술의 빈곤 현상은 더욱 두드러진다. 또한, 생체형 전자소자에 접목되는 폴리이미드/PDMS 의 혼합체의 경우 마땅한 접착기술이 없기 때문에 폴리이미드 구조물의 외부를 PDMS 전구체로 뒤덮은 후 이를 경화시키는 방법으로 제작되고 있다. 본 연구는 레 이저 공정을 통하여 금속 도선과 PDMS의 선택적인 접착이 가능한 폴리이미드 구조 물의 손쉬운 제작 기법을 개발함으로써 제한되어 있는 폴리이미드 구조물 제작 공정 에 추가적인 공정 옵션을 제시하고자 한다. 기존에 보고되지 않았던 532 nm 파장의 연속 파 레이저와 폴리이미드 간의 광열 반응을 정밀하게 조사함으로써, 폴리이미드 의 새로운 열적 반응 단계를 발견하였으며, 이를 응용하여 탄화물의 자발적인 분출을 통한 폴리이미드 성형 및 표면에 선택적인 금속 도선 형성, PDMS와의 접착을 성공했 다. 본 학위 논문에서는 위 응용기술들의 원리와 실험 변수들을 통한 결과 분석에 대 해 자세히 다루었으며, 향후 잠재력을 검증하고자 다양한 개념증명 응용 사례들을 시 연했다.|Polyimide is a compelling polymer containing superior mechanical, thermal, and chemical characteristics and it is recently drawing attention based on its recent confirmation of biocompatibility of various polyimide. However, fabrication of polyimide structure has been usually achieved by photolithography and mold replication which often requires photolithography for a master mold. These precise high technologies often restrict the research-oriented studies demanding frequent design changes due to their high consumption of resources including time, cost, and material. Furthermore, most studies relevant to bio-electronics have been restricted from utilizing a combination of polyimide and polydimethylsiloxane by the absence of their effective bonding method without chemical adhesive. To provide other easier options to fabricate on-demand polyimide structures, we introduce a facile laser fabrication method for polyimide structures partially adhered with metal electrodes and polydimethylsiloxane on the surface. Through precise control of photothermal reaction between 532 nm continuous-wave laser and polyimide surface, some reaction stages of thermally affected polyimide are discovered. Based on investigations of found physical phenomena, we have accomplished a series of manufacturing methods which are pyrolytic jetting of polyimide, simultaneous sintering and transfer of metal to polyimide, and laser bonding of polyimide and polydimethylsiloxane. Then their proofs-of-concept are demonstrated to verify their feasibility to fabricate diverse polyimide structures.