CN111302296A - 一种微纳电铸微器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微纳电铸微器件的方法，涉及微机电加工技术领域，包括以下步骤：S1：在特氟龙材料上利用超快激光器直接加工得到模具，所述模具为方形，其表面具有微结构；S2：将所述步骤S1得到的模具进行清洗、干燥后，在其微结构中涂覆硅胶混合液；S3：选取铜金属块覆盖在硅胶混合液上，与步骤S2所述的模具形成三明治结构；S4：在步骤S3所述的三明治结构的两端施加压力，再放置在空气中自然固化；S5：待硅胶固化后释放压力，将倒模好的模具取下，最终得到以铜为基底的硅胶实时掩模。
Description
技术领域
本发明涉及微机电加工技术领域，特别涉及一种微纳电铸微器件的方法。
背景技术
微机电***(MEMS)是半导体行业中一个非常重要的分支领域，是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或***。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。MEMS是通过微组装或各种集成手段将各个微小器件集成到一个***以实现特定的功能，其中单个部件的制备对MEMS起到了关键性的作用。
MEMS零部件制备绕不开光刻图形化技术中的涂胶、前烘、曝光、后烘、显影和坚模等工艺，在紫外曝光过程中，紫外线通过具有一定图形的掩膜版照射到旋涂好的光刻胶上，样片经过一定的温度后烘后，将样片放置在显影液中显影形成具有特定图形结构的零部件或光刻胶模具，最后将具有特定图形的样片作为阴极放置在电镀液中进行电镀，在样片表面形成与光刻胶模具相反的金属图形结构。
MEMS零部件制备主要有两种技术方案：UV-LIGA和EFAB技术方案。UV-LIGA工艺是一种基于紫外线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括紫外光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。
其中，EFAB技术方案是用一系列的实时掩膜版选择性电沉积金属将微结构层层堆叠起来，这些实时掩模版是在金属衬底上制造出图形化的硅胶结构形成的，在电沉积时掩模版的衬底作为电铸阳极，而这些实时掩膜版是通过LIGA技术制备出与之相对应的光刻胶模具再进行倒模拷贝形成的。现有的EFAB技术形成三维金属结构需要多次进行选择性沉积、平铺沉积和表面平坦化三个步骤，其具体工艺中第一步需要通过LIGA技术制备出光刻胶模具，并在光刻胶模具用硅胶倒模形成实时掩模；本质上来说，EFAB技术是UV-LIGA技术的改进方案，两种技术方案都必须制备光刻胶模具，因此就必须用到高成本的光刻胶，而且光刻胶大多对人体有一定的伤害，长时间接触会对操作人员的健康带来一定的影响。另外，光刻胶旋涂后的厚度一般来讲都不超过200μm，这个深度不利于厚度电沉积工艺过程中金属的沉积，需要多次进行电沉积和平坦化处理，是一个非常耗时的过程，同时相邻两次电沉积形成的金属层会导致两层之间结合界面出现一定的毛刺，两层金属层连接界面可能对整个部件结构性能产生影响；不仅如此，光刻的步骤繁琐，成本较高，制约了此技术的进一步成本降低。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种微纳电铸微器件的方法，解决了上述背景技术中所提到的成本较高、影响操作人员的身体健康、金属的沉积难、结构性能不好、操作繁琐的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种微纳电铸微器件的方法，包括以下步骤：
S1：在特氟龙材料上利用超快激光器直接加工得到模具，所述模具为方形，其表面具有微结构；S2：将所述步骤S1得到的模具进行清洗、干燥后，在其微结构中涂覆硅胶混合液；S3：选取铜金属块覆盖在硅胶混合液上，与步骤S2所述的模具形成三明治结构；S4：在步骤S3所述的三明治结构的两端施加压力，再放置在空气中自然固化；S5：待硅胶固化后释放压力，将倒模好的模具取下，最终得到以铜为基底的硅胶实时掩模。
本发明没有用到光刻图形化相关工艺，没有用到高成本和有一定危害性的光刻胶，可以有效降低生产成本；利用超快激光加工疏水材料特氟龙有利于硅胶模具的倒出，没有使用EFAB技术方案中使用的脱模剂，可以进一步降低成本；利用超快激光加工疏水材料特氟龙，可以一次性加工得到深度接近500μm的模具图形，在选择性电沉积的过程中可以容纳更多的电镀液，更有利于金属沉积，同时做一次电沉积得到的金属层更厚，不仅减少了电沉积金属层层数，提高部件制备效率，而且制备出的金属结构的性能更好。其中，步骤S1中，根据工艺需求，改变超快激光器相关加工参数，如激光扫描速度、加工层数、元素次数、激光加工功率、离焦距离、激光加工频率等一系列参数，得到高质量的特氟龙模具，其具有接近90°的侧壁垂直度、较深的深宽比以及底部平坦的特征，同时，模具上的微结构根据工艺需求决定，加工自由度高；步骤S4中，固化的方式可优选为将所述三明治结构放置在烤箱中烘烤，快速固化。
进一步地，所述步骤S3中的铜金属块采用阳极铜制成。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.一种微纳电铸微器件的方法，没有用到光刻图形化相关工艺，没有用到高成本和有一定危害性的光刻胶，可以有效降低生产成本。
2.本发明利用超快激光加工疏水材料特氟龙有利于硅胶模具的倒出，没有使用EFAB技术方案中使用的脱模剂，可以进一步降低成本。
3.本发明利用超快激光加工疏水材料特氟龙，可以一次性加工得到深度接近500μm的模具图形，在选择性电沉积的过程中可以容纳更多的电镀液，更有利于金属沉积，同时做一次电沉积得到的金属层更厚，不仅减少了电沉积金属层层数，提高部件制备效率，而且制备出的金属结构的性能更好。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
实施例
一种微纳电铸微器件的方法，包括以下步骤：
S1：在特氟龙材料上利用超快激光器直接加工得到模具，所述模具为方形，其表面具有微结构；S2：将所述步骤S1得到的模具进行清洗、干燥后，在其微结构中涂覆硅胶混合液；S3：选取铜金属块覆盖在硅胶混合液上，与步骤S2所述的模具形成三明治结构；S4：在步骤S3所述的三明治结构的两端施加压力，再放置在空气中自然固化；S5：待硅胶固化后释放压力，将倒模好的模具取下，最终得到以铜为基底的硅胶实时掩模。
本发明没有用到光刻图形化相关工艺，没有用到高成本和有一定危害性的光刻胶，可以有效降低生产成本；利用超快激光加工疏水材料特氟龙有利于硅胶模具的倒出，没有使用EFAB技术方案中使用的脱模剂，可以进一步降低成本；利用超快激光加工疏水材料特氟龙，可以一次性加工得到深度接近500μm的模具图形，在选择性电沉积的过程中可以容纳更多的电镀液，更有利于金属沉积，同时做一次电沉积得到的金属层更厚，不仅减少了电沉积金属层层数，提高部件制备效率，而且制备出的金属结构的性能更好。其中，步骤S1中，根据工艺需求，改变超快激光器相关加工参数，如激光扫描速度、加工层数、元素次数、激光加工功率、离焦距离、激光加工频率等一系列参数，得到高质量的特氟龙模具，其具有接近90°的侧壁垂直度、较深的深宽比以及底部平坦的特征，同时，模具上的微结构根据工艺需求决定，加工自由度高；步骤S4中，固化的方式可优选为将所述三明治结构放置在烤箱中烘烤，快速固化。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种微纳电铸微器件的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在特氟龙材料上利用超快激光器直接加工得到模具，所述模具为方形，其表面具有微结构；
S2：将所述步骤S1得到的模具进行清洗、干燥后，在其微结构中涂覆硅胶混合液；
S3：选取铜金属块覆盖在硅胶混合液上，与步骤S2所述的模具形成三明治结构；
S4：在步骤S3所述的三明治结构的两端施加压力，再放置在空气中自然固化；
S5：待硅胶固化后释放压力，将倒模好的模具取下，最终得到以铜为基底的硅胶实时掩模。
2.根据权利要求1所述的一种微纳电铸微器件的方法，其特征在于：所述步骤S3中的铜金属块采用阳极铜制成。
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