CN102530836A

CN102530836A - 微结构加工方法

Info

Publication number: CN102530836A
Application number: CN2011104410001A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 赵治亚; 法布里齐亚·盖佐; 何雪涵; 王文剑
Original assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提供一种超材料的微结构加工方法，该方法激光诱导固相沉积的方式，首先将金属甲酸盐溶于水配成溶液；其次清洗基片并烘干；再次用金属甲酸盐溶液涂于基片表面，并干燥成膜；最后用激光器在基片上写入预设的微结构。根据本发明的方法来加工微结构，可快速简单高效而精确地在基底材料上制备金属微结构。

Description

微结构加工方法

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料的微结构加工方法。

【背景技术】

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而或得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料。

超材料的特殊性质在很大程度上取决于材料的关键物理尺度。一个最直观的例子是晶体。晶体在原子尺度上是排列有序的，正因为此，晶体材料拥有一些无定型态所不具备的物理特征。由此类比，在其它层次上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具备的物理性质。通常人造结构的尺寸为所需响应波长的十分之一，否则这些人造结构所组成的排列在空间中不能被视为连续。

超材料包括人造结构以及人造结构所附着的材料，该附着材料对人造结构起到支撑作用，因此可以是任何与人造结构不同的材料，这两种材料的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，而这两个物理参数分别对应了材料的电场响应与磁场响应。

超材料的制备目前主要通过光蚀刻、化学蚀刻、电化学沉积等技术在基底材料上镀上有特定重复图案的铜层来实现。光蚀刻的步骤多，操作一般比较复杂，并且光蚀刻等技术本身对材料的要求有限制，并且可能导致对环境的污染。

需要提供一种新的微结构加工方法，能够快速简单地在基底材料上制备金属微结构。

【发明内容】

本发明提供一种微结构加工方法，采取激光诱导固相沉积的方式来加工微结构，可快速简单高效而精确地在基底材料上制备金属微结构。

激光直写技术是一种新生的超精密微结构加工技术。它与传统的热压印、静电转印、聚焦粒子束技术、化学蚀刻或光蚀刻技术相比，具有最小线宽低、导线分辨率高、布线速率快、无需掩膜板等突出优势。并且，激光束能量密度高，光斑直径、方向和位置容易精确控制。

本发明采用的激光诱导固相沉积方法直接采用激光诱导固体膜发生作用，反应生成金属或合金沉积在基板上，形成金属微结构图案。

所有用来沉积金属的固体涂敷物都可以算作固体膜，这些涂覆物中都包含有一原子或离子形式存在的金属成分，如金属盐类、金属氧化物、金属有机化合物、纯金属与其他添加剂的混合物等等。当激光照射涂覆物时，金属成分在激光的光和热的作用下还原并沉积下来，其他成分被烧蚀除去，留下纯金属。

根据本发明的一个主要方面，提供一种微结构加工方法，该方法包括以下步骤：

a、将金属甲酸盐溶于水配成溶液；

b、清洗基片并烘干；

c、用金属甲酸盐溶液涂于基片表面，并干燥成膜；

d、用激光器在基片上写入预设的微结构。

根据本发明的一个方面，金属甲酸盐包括甲酸铜。

根据本发明的一个方面，基片包括陶瓷基片、环氧树脂基片或铁电体基片。

根据本发明的一个方面，金属甲酸盐溶液是质量份数为2％-5％的溶液。

根据本发明的一个方面，将金属甲酸盐溶于水配成溶液之后，还加入甘油。

根据本发明的一个方面，以旋涂方式将甲酸铜溶液涂于基片表面。

根据本发明的一个方面，干燥方式为常温下干燥或加热烘干。

根据本发明的一个方面，激光器为氢离子激光器。

根据本发明的一个方面，激光器为全谱波长的激光器。

根据本发明的一个方面，金属微结构包括多个阵列排布的微结构单元，微结构单元为工字型或工字衍生型金属线结构。

根据本发明的一个方面，金属微结构包括多个阵列排布的微结构单元，微结构单元为开口环型或开口环衍生型金属线结构。

应当认识到，本发明以上各方面中的特征可以在本发明的范围内自由组合，而并不受其顺序的限制——只要组合后的技术方案落在本发明的实质精神内。

利用本发明的方法，因为激光束可精确控制其定位和大小，由此可获得结构精准的金属微结构图案，制备精度可低至微米级别。再有，图案直接写入，无需掩膜板，无需在电解液中进行镀覆，对环境影响小。操作简单，程序少，沉积速度快，效率高，成本较低。并且，本发明的方法还可广泛用于各类基板，如陶瓷、玻璃和有机树脂基板；所镀金属也可自由选择。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明的附图作简单地介绍，其中：

图1示意性地显示了根据本发明的微结构加工方法的流程。

图2-5示意性地显示了根据本发明的方法得到的微结构的基本单元的形状。

【具体实施方式】

下文将结合本发明的优选实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

需要明白，下文的描述(包括附图)仅仅是示例性的，而非对本发明的限制性描述。在以下描述中会涉及到部件的具体数量，然而也需要明白的是，这些数量也仅仅是示例性的，本领域技术人员可以参照本发明任意选取适当数量的部件。并且，在本发明中所提及的“第一”、“第二”等字眼，并非表示对部件重要性的排序，仅仅作区别部件名称之用。

除非另有明确定义，本申请上下文中使用的术语具有本领域中通常使用的含义。

根据本发明的实施例，采用优选全谱波长的氢离子激光器作为辐射光源，激光束经过透镜后再基片的表面聚焦，基片放置在一个由计算机控制的移动平台上，当平台移动式，激光束在基片表面写出设计好的图形结构，而金属铜微结构即是通过控制激光束选择性聚焦照射来实现。

图1示意性地显示了根据本发明的微结构加工方法的流程。其具体的制备方式可以参见下列具体实施例。

实施例一：

将甲酸铜溶于水，配成质量份数为5％的溶液。并加入少许甘油避免溶液因表面张力较大而在烘干过程中结晶。

清洗陶瓷基片，除去其表面的油性物质和灰尘。将陶瓷基片烘干后，借助旋转涂布机以甲酸铜溶液旋涂于基片表面，并加热烘干成膜。

将基片放置在由计算机控制的平台上，按计算机程序移动该平台，利用激光束在该基片上写出预设的微结构图案，则金属铜将沉积在被激光辐射过的区域，形成金属铜微结构。

实施例二：

将甲酸铜溶于水，配成质量份数为5％的溶液，并加入少许甘油。

清洗环氧树脂基片，除去其表面的油性物质和灰尘。将环氧树脂基片烘干后，借助旋转涂布机以甲酸铜溶液旋涂于基片表面，并加热烘干成膜。

图2-5示意性地显示了根据本发明的方法得到的微结构的基本单元形状，这些形状是预先设计好的。图2和图3所示为工字型及工字衍生型金属线结构的微结构单元。而图4和图5所示为开口环型或开口环衍生型金属线结构的微结构单元。金属微结构包括多个阵列排布的微结构单元。

根据本发明的方法，能够快速、简单、高效而精确地在基板上制备金属微结构。并且，本发明的方法无需掩膜板，无需在电解液中进行镀覆，对环境影响小。

需要明白，本发明的方法还可广泛用于各类基板，如陶瓷、玻璃和有机树脂基板；而且所镀金属除了铜之外也可自由选择。

还需要明白，以上根据优选的实施方式对本发明作了详细的描述，不过需要理解的是，本发明的范围并不局限于这些具体的实施方式，而是包括本领域技术人员根据本发明的公开能够做出的任何改动和变更。

Claims

1.一种微结构加工方法，该方法包括以下步骤：

a、将金属甲酸盐溶于水配成溶液；

b、清洗基片并烘干；

c、用金属甲酸盐溶液涂于基片表面，并干燥成膜；

d、用激光器在基片上写入预设的微结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属甲酸盐包括甲酸铜。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片包括陶瓷基片、环氧树脂基片或铁电体基片。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属甲酸盐溶液是质量份数为2％-5％的溶液。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述金属甲酸盐溶于水配成溶液之后，还加入甘油。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以旋涂方式将所述甲酸铜溶液涂于基片表面。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥的方式为常温下干燥或加热烘干。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器为全谱波长的氢离子激光器。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微结构包括多个阵列排布的微结构单元，所述微结构单元为工字型或工字衍生型金属线结构。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微结构包括多个阵列排布的微结构单元，所述微结构单元为开口环型或开口环衍生型金属线结构。