[发明专利]一种图案化金属薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种图案化金属薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)使用真空蒸镀技术在硅基片表面镀一层金属薄膜；(2)在金属薄膜表面旋涂一层紫外光胶；(3)使用光刻技术使紫外光胶固化，然后使用显影液去除未固化的紫外光胶；(4)将预聚物倒在样品表面，在负压的条件下使其固化并与裸露的金属薄膜紧密的结合在一起；(5)将聚合物薄膜从硅基片上垂直剥离，使图案化的金属银薄膜从硅基片表面转移到PDMS薄膜表面。本发明可提高制备过程的可控性，提高图案化的精度，使制备过程简单易行；减少化学试剂的使用，减少化学废料的产生，使制备过程更加环保，实验人员操作环境更加健康；减少制备所需的试剂，使成本降低。

技术领域

本发明涉及应变传感材料领域，具体地说是涉及一种图案化金属薄膜的制备方法。

背景技术

应变传感器已应用到许多工业系统中，如触摸屏、真空仪器的气压监视器和飞机的大气压监视器等，所有这些都需要能够感知压力产生应变并将其转换成电信号。并且，应变传感器已扩展应用到可穿戴电子设备和生物医学设备，推进了可穿戴、生物相容和可植入设备的发展。

而在这些应用中，大都采用无弹性的应变传感材料，这种传感材料即使在其表面施加很高的压力，材料的应变也很小进而使传感系统敏感度不足。此外，使用层间堆叠粘合材料使应变材料厚度较大，进一步降低了传感的灵敏度。为了提高传感系统敏感度，目前，应变传感材料逐渐采用图案化金属薄膜。

现有的图案化金属薄膜的制备方法为湿法刻蚀法，而这种方法需要进行两次湿法刻蚀完成金属薄膜的图案化，制备过程不仅繁琐可控性低，容易出现图案缺陷，而且产生较多化学废料不利于环保。下面对现有湿法刻蚀法的工艺步骤以及其存在的问题进行较为系统的说明。

现有湿法刻蚀法制备图案化金属薄膜的步骤如下：

(1)在聚酰亚胺薄膜(PI)旋涂银纳米线，然后加热处理使溶液蒸发，在PI表面留下一层金属银薄膜；

(2)在金属银薄膜表面旋涂一层紫外光胶(AZ GX-601)；

(3)使用光刻系统，导入要制备的图案作为掩模板，然后在紫外光的照射下使紫外光胶固化，之后使用显影液(化学试剂，弱碱溶液)洗掉未固化的紫外胶，得到与掩模板相同的图案(即固化紫外胶的图案)；

(4)使用铬刻蚀剂(化学试剂，酸性溶液)刻蚀掉裸露的金属银薄膜和固化的紫外光胶，得到图案化的金属银薄膜；

(5)在表面旋涂一层聚合物薄膜(这里选择性很多，如PDMS、PVA)，并使之固化；

(6)通过转移，得到图案化的金属银薄膜。

显然，这是一个纯化学法制备图案化金属薄膜的方法，需要进行两次湿法刻蚀，得到图案化的金属银薄膜。

该方法所存在的缺点系统阐述如下：

(1)在湿法刻蚀过程中，“使用铬刻蚀剂(化学试剂，酸性溶液)刻蚀掉裸露的金属银薄膜和固化的紫外光胶”，是对固化的紫外光胶和金属银薄膜进行同步刻蚀，但是同种刻蚀剂对不同材料的刻蚀速率是不同的，两层薄膜的厚度对是否能够成功刻蚀也有很大影响，在刻蚀过程需要严格控制刻蚀剂的溶度和反应时间。因此使金属薄膜的图案化过程可控性低，图案精度难以控制，容易产生图案缺陷，而且随着特征尺寸的减小，误差会越来越大，因此极容易产生图案缺陷。

如图1所示，图案缺陷可以分成以下四种情况：情况一(图1a)：紫外光胶被完全刻蚀，金属薄膜未完全刻蚀，转移金属薄膜后，表面薄膜相连无法形成图案；情况二(图1b)：紫外光胶未被完全刻蚀，金属薄膜被完全刻蚀，转移金属薄膜后，基底和金属薄膜之间会有光胶残留，影响其性能；情况三(图1c)：过度刻蚀，如果金属薄膜和紫外光胶被刻蚀完全后，继续进行刻蚀，刻蚀剂会像两边扩散，使图案破坏；情况四(图1d)：如果紫外光胶被刻蚀完全后，直接停止刻蚀，可能金属薄膜会出现未完全刻蚀现象，同样会影响图案质量。