[发明专利]不同深度微结构的一次性制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微制造方法，尤其是涉及一种采用光敏印章材料通过调整掩膜灰度一次性得到不同深度微结构的制造方法。

背景技术

微制造技术作为微机电系统(MEMS)技术的核心，是学术界的研究热点，也是工业界的研发重点。目前微制造技术主要可以分为基于硅材料的微制造和基于非硅材料的微制造。

基于硅材料的微制造技术从微电子技术发展过来，以硅材料为制造对象，主要以光刻技术为核心，通过光刻机及掩膜在光刻胶上选择性的刻蚀出需要的图案，然后进行显影，后续进行进一步的干法或湿法刻蚀，最终获得所需要的微结构。基于硅的微制造技术主要特点是制造精度高，费用大，需要专业的整套设备，技术成熟稳定，目前仍然是批量微制造的首选方法。

非硅材料微制造的方法众多学者发展出了非常多的方法，以解决各种聚合物、金属材料的微制造，主要有微细超声、微细电火花、微细电解、微电铸、微热压、微注塑、微注模成型、微接触印刷等方法。微细电火花、微细电解、微电铸等特种加工方法加工金属微结构较好，但这些方法都需要系列的专用设备，成本较高。微热压、微注塑、微注模成型可用于聚合物微结构的制造，其共同特点是一种从模具上转移微结构的方法，通常需要制作昂贵的硅或金属模板。

微接触印刷方法是先通过光学或电子束光刻得到模板。压模材料的化学前体在模板中固化，聚合成型后从模板中脱离，便得到了进行微接触印刷所要求的印章。常用材料是PDMS，将液态PDMS浇注在模板上，固化后小心翼翼的揭下PDMS，获得PDMS印章。接着，PDMS印章与墨的垫片接触或浸在墨溶液中，墨通常采用含有硫醇的试剂。然后将浸过墨的压模压到镀金衬底上，衬底可以为玻璃、硅、聚合物等多种形式。另外，在衬底上可以先镀上一薄层钛层然后再镀金，以增加粘连。硫醇与金发生反应，形成自组装单分子层SAM。印刷后有两种工艺对其处理。一种是采用湿法刻蚀，另一种是在金膜上通过自组装单层的硫醇分子来链接某些有机分子，实现自组装。目前该工艺的缺点主要是无法保证两次印章间的一致性，PDMS印章的撕下来易导致PDMS上微结构的变形及损坏。在PDMS印章上涂墨水时难以涂抹均匀，这使得该项技术复杂微结构多以单件生产为主，难以实现小批量加工，难以实现商业化应用。

由于现有的微制造方法最终多依赖光刻技术实现，而光刻的一大缺点就是在一次性光刻过程中，受光刻胶、掩膜材料等的限制，在同一次曝光下，获得的微结构深度均相同。如果不同位置微结构的深度能够调控，无疑可以为更多的应用，如更具真实感的表面纹理等表面功能结构的制造提供了可能。

光敏印章作为一种常用的个人印章工具，具有材料成本低、制造方便等优点，由于其精度可以达到微米级，具备应用到微制造中的潜力。

发明内容

本发明提供了一种不同深度微结构的一次性同步制造方法，使用目前非常成熟的光敏印章作为微制造的核心模版，通过调整掩膜灰度进行微制造的方法，仅需一次性曝光，即可得到深度不一的结构。

一种不同深度微结构的一次性同步制造方法，包括如下步骤：

(1)在掩膜基底上制作灰度图像，得到掩膜；

(2)将掩膜安装在光敏印章机上，对其中的光敏印章垫进行曝光，得到具有不同高度凸起微结构的光敏印章垫；

可选择的进入步骤(3)；

(3)将压模材料浇注在具有不同高度凸起微结构的光敏印章垫上，固化成型，脱离得到带有不同深度微结构的压膜。

步骤(1)中，使用激光或喷墨打印机打印要加工的黑白底稿，目前激光打印机的分辨率可达1200DPI，喷墨打印机可达2400DPI，因而打印出的图案的分辨率可达到20μm。打印纸可选用半透明的硫酸纸或印刷中专用的菲林膜。作为优选，所述掩膜基底为半透明的硫酸纸或菲林膜，利用激光或喷墨打印机在掩膜基底上制作灰度图像。

步骤(2)中，制造有微结构的光敏印章时，依次把掩膜放在曝光机(光敏印章机)的镜片上，上面盖着透明胶片，最上面放同样大小的光敏印章垫，盖上曝光机盖子即可。作为优选，曝光功率为85-87，曝光次数为3-6次。