一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：S1：在基板上涂覆一層光刻膠，然后對光刻膠進(jìn)行曝光、顯影；S2：對步驟S1中的基板進(jìn)行鍍前、電鍍、鍍后處理；S3：去除步驟S2中所述基板上的光刻膠。本發(fā)明提供的方法制作工藝簡單易行、加工周期短，制備得到的精密芯片金屬模具的使用壽命長，特別適合于熱壓、注塑等精密芯片批量生產(chǎn)工藝對精密模具的要求。
【專利說明】
一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及精密芯片金屬模具的制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]精密芯片是把化學(xué)或生物等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢驗、細(xì)胞培養(yǎng)、分選、裂解等基本操作單元集成到一塊很小的芯片上，利用微通道網(wǎng)絡(luò)對整個系統(tǒng)的流體進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)常規(guī)化學(xué)或生物實驗室的各種功能。
[0003]目前的聚合物精密芯片的加工方法，主要分為直接加工方法(不使用模具)和間接加工方法(使用模具)。直接加工方法，如:使用有機(jī)玻璃作為精密芯片的材料，采用激光器在有機(jī)玻璃上直接加工精密芯片;但該方法只適用于原型樣品的生產(chǎn)，因為激光會破壞微通道表面的形狀，精度不高，而且生產(chǎn)周期長，不適合大批量生產(chǎn)。間接加工方法，如:基于模具復(fù)制的間接制備方法是現(xiàn)在最主要的有機(jī)高分子聚合物芯片的加工方法，這種方法特別適合于聚合物精密芯片的批量制備，因此基于模具的間接加工方法在精密芯片的產(chǎn)業(yè)化中具有重要的位置。
[0004]用于制備精密芯片的模具材料主要包括硅、玻璃、光刻膠等。其中，采用半導(dǎo)體硅作為精密芯片的模具材料，這種工藝路線與較為成熟的半導(dǎo)體及集成電路芯片的微細(xì)加工基本相同，但是其加工成本較高，并且硅材料較脆，使得硅模具較難推廣應(yīng)用。采用玻璃作為模具材料，雖然成本較低，但是玻璃作為脆性材料很難適應(yīng)于注塑成型、熱模壓成型等大批量芯片生產(chǎn)工藝的要求。采用基于SU-8型光刻膠模具的澆注成型法，可以制備TOMS等彈性高分子材料的精密芯片，但該方法只適應(yīng)于實驗科研，不能用于大批量生產(chǎn)。
[0005]針對上述精密芯片生產(chǎn)工藝技術(shù)難題，仍需研究一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法，本發(fā)明提供的方法制作工藝簡單易行、加工周期短，制備得到的精密芯片金屬模具的使用壽命長，特別適合于熱壓、注塑等精密芯片批量生產(chǎn)工藝對精密模具的要求。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備得到的低成本、高利用率精密芯片金屬模具。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
S1:在基板上涂覆一層光刻膠，然后對光刻膠進(jìn)行曝光、顯影；
S2:對步驟SI中的基板進(jìn)行鍍前、電鍍、鍍后處理；
S3:去除步驟S2中所述基板上的光刻膠。
[0009]在本發(fā)明中，所述光刻膠可以是正性膠或負(fù)性膠;優(yōu)選地，所述光刻膠為正性膠。更為優(yōu)選地，所述光刻膠為市售的PR-2000SA系列正性光刻膠。
[0010]優(yōu)選地，所述曝光和顯影包括:對光刻膠進(jìn)行前烘處理;借助掩膜板對前烘處理后的光刻膠進(jìn)行曝光;對曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影;對顯影后的光刻膠進(jìn)行后烘處理。
[0011]優(yōu)選地，所述前烘處理包括:將涂覆光刻膠的基板放置在70?80°C的水平熱盤上軟烘10?15min;然后室溫下自然凝固10小時以上。
[0012]優(yōu)選地，所述曝光包括:將帶有微通道圖案的掩膜板緊貼在光刻膠上后，在紫外光下曝光;所述顯影包括:將曝光后的涂覆有光刻膠的基板放入碳酸鈉溶液中進(jìn)行顯影。
[0013]優(yōu)選地，所述后烘處理包括:將顯影后的基板于65°C條件下烘烤lOmin，然后于130°C下烘烤lOmin。
[0014]優(yōu)選地，所述鍍前處理為化學(xué)腐蝕處理或物理蝕刻處理;所述化學(xué)腐蝕處理為采用質(zhì)量濃度為鹽酸或三氯化鐵等進(jìn)行化學(xué)腐蝕工藝;所述物理蝕刻處理為采用等離子濺射等物理蝕刻工藝。
[0015]優(yōu)選地，所述電鍍處理包括:采用鍍鎳、鍍銅、鍍鉻等電鍍工藝;所述鍍鎳的工藝為:采用氨基磺酸鎳400g/L，氯化鎳15g/L，硼酸35g/L，十二烷基磺酸鈉0.09g/的電解質(zhì)溶液L，在溫度48 0C，pH值4 ± 0.2下，采用電流密度I至3A/dm2電鍍操作。
[0016]優(yōu)選地，所述鍍后處理工藝可以采用機(jī)械拋光平坦化處理。在本發(fā)明中，所述鍍后處理包括:先用1200目水砂紙拋光5分鐘，再用2000目水砂紙拋光10分鐘，換用3000目水砂紙拋光15分鐘，最后用5000目水砂紙拋光20分鐘。
[0017]優(yōu)選地，步驟S3中所述去除光刻膠包括:將拋光后的精密芯片金屬模具放入氫氧化鈉溶液中超聲清洗1分鐘以上;優(yōu)選地，所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為5%。
[0018]在本發(fā)明中，所述基板可以是黃銅片、紫銅片、不銹鋼片、鎳片等拋光的金屬材料。優(yōu)選地，所述基板材料為拋光的黃銅片。
[0019]優(yōu)選地，所述基板的厚度為3?5mm。
[0020]上述制備方法制備得到的低成本、高利用率精密芯片金屬模具。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明中提供的基于光刻、電鍍、機(jī)械拋光等技術(shù)的精密芯片金屬模具的制備方法可以在較短時間內(nèi)制備得到低成本、高質(zhì)量、高利用率(反復(fù)多次用于芯片的注塑或模壓生產(chǎn))的金屬模具，解決了現(xiàn)有精密芯片金屬模具制備成本高、模具壽命短等問題。本發(fā)明提供的方法具有加工成本低廉、加工周期短、模具使用壽命長的優(yōu)點，并且制作工藝簡單易行、模具材質(zhì)堅硬，特別適合于熱壓、注塑等精密芯片批量生產(chǎn)工藝對精密模具的要求，可以實現(xiàn)大批量低成本制備熱塑性材料的精密芯片，適應(yīng)于不同芯片材料如PMMA、PC、PET、POM等的生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0022]圖1是實施例1提供的精密芯片金屬模具制備方法的工藝流程圖；
圖2A到圖2G是實施例1中精密芯片金屬模具制備方法的操作流程示意圖；
圖3是實施例1制備得到的一種精密芯片金屬模具的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例來進(jìn)一步詳細(xì)闡述本發(fā)明。本發(fā)明以下實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，本發(fā)明主要闡述所述菌株以及基于所述菌株的應(yīng)用思想，實施方式中簡單參數(shù)的替換不能一一在實施例中贅述，但并不因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，應(yīng)被視為等效的置換方式，包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0024]實施例1
本實施例提供了一種低成本、高利用率的精密芯片金屬模具的制備方法。
[0025]如圖1所示，該方法包括如下的步驟S102至步驟SI 12:
步驟S102，在基板上覆蓋光刻膠。
[0026]步驟S104，對光刻膠進(jìn)行曝光和顯影;可以利用預(yù)定圖案的掩模板對光刻膠進(jìn)行曝光和顯影。
[0027]步驟S106，曝光和顯影后，對基板進(jìn)行鍍前處理;鍍前處理可以采用鹽酸、三氯化鐵等化學(xué)蝕刻方法。
[0028]步驟S108，鍍前處理后，對基板進(jìn)行電鍍處理；電鍍金屬可以是鎳、銅、鉻等。
[0029]步驟SI 10，電鍍處理后，進(jìn)行鍍后處理;鍍后處理采用機(jī)械拋光處理。
[0030]步驟SI12，去除光刻膠，直接得到金屬模具。
[0031]在本發(fā)明中，通過在基板上涂覆光刻膠，以及在曝光和顯影后，對基底進(jìn)行電鍍處理，最后經(jīng)一系列鍍后處理工藝，能夠得到高利用率的精密芯片金屬模具。
[0032]圖2A到圖2G是根據(jù)本實施例提供的精密芯片金屬模具的制備方法的流程示意圖。包括以下步驟:
如圖2A所示，在基板10上涂覆光刻膠12。在本實施例中，所述基板的厚度為3?5mm，所述光刻膠為市售的PR-2000SA光刻膠，并且所述光刻膠的涂覆厚度為100微米。
[0033]如圖2B所示，在光刻膠12上覆蓋掩模板14，然后對光刻膠12進(jìn)行紫外線16曝光處理。
[0034]如圖2C所示，對曝光后的光刻膠18進(jìn)行顯影，從而將曝光后的光刻膠18去除，得到殘留的光刻膠20，殘留的光刻膠20構(gòu)成預(yù)定的圖樣，從而得到如圖2C所示的結(jié)構(gòu)。對光刻膠進(jìn)行曝光和顯影包括:對光刻膠進(jìn)行前烘處理;對前烘處理后的光刻膠進(jìn)行曝光;對曝光后的光刻膠進(jìn)行后烘處理;對后烘處理后的光刻膠進(jìn)行顯影。
[0035]上述前烘處理可以包括:將涂覆有光刻膠的基板放置在處于70°C的熱盤上加熱1min;將涂覆有光刻膠的基板放在干燥的室溫環(huán)境中直到光刻膠完全穩(wěn)定。
[0036]上述后烘處理可以包括:將顯影后的基板于65°C條件下烘烤lOmin，然后于130°C下烘烤1min。。
[0037]如圖2D所示，對圖2C得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鍍前處理，鍍前處理可以采用5%的FeCl3溶液在溫度45°C下蝕刻2分鐘，未被光刻膠20所覆蓋的基板10被蝕刻得到基板22。
[0038]如圖2E所示，對圖2D得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行電鍍處理，可以看出，未被光刻膠覆蓋的基板22在電鍍的過程中金屬逐漸生長，從而在基板22的一側(cè)形成圖案，而在基板22的另一側(cè)為平面。
[0039]如圖2F所示，在電鍍處理之后，對鍍層金屬24進(jìn)行機(jī)械拋光處理，得到平坦的金屬層26，從而得到平坦光滑的金屬模具表面。
[0040]如圖2G所示，在機(jī)械拋光處理之后，去除基板22上殘留的光刻膠20，從而得到金屬模具。
[0041 ]在本實施例中，在基板上覆蓋光刻膠之前，對基板進(jìn)行清洗，先用市售洗滌劑沖洗，再用丙酮在超聲中清洗2分鐘，最后用去離子水沖洗。
[0042]例如，可以用Coreldraw等軟件設(shè)計精密芯片圖案掩膜板。實驗中，3毫米厚的黃銅片被旋涂上100微米厚PR-2000SA正性光刻膠，前烘過程中，涂覆有光刻膠的黃銅片首先被放置在一個水平的溫度為70 °C的熱盤上20min，然后放在干燥的室溫環(huán)境中10小時以上。前烘結(jié)束后，將帶有微通道圖案的掩膜板緊貼在光刻膠上后，進(jìn)行曝光，曝光功率是SlOmJ/cm2。曝光時間在120s?160s。然后用1%的碳酸鈉溶液對曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影。然后進(jìn)行后烘，先在65°C中烘烤lOmin，然后在130°C下烘烤lOmin。
[0043]前烘一放掩膜一曝光一顯影一后烘
然后對顯影后的基板做鍍前處理，優(yōu)選地，放入5%的鹽酸溶液中浸蝕3到5分鐘，取出用去離子水清洗。
[0044]然后將基板放入到氨基磺酸鎳電解液中進(jìn)行電鍍，優(yōu)選地，采用氨基磺酸鎳400g/L，氯化鎳15g/L，硼酸35g/L，十二烷基磺酸鈉0.09g/L的電解質(zhì)溶液，其中硼酸起到pH值緩沖作用，防止界面處的PH值突然升高，可以預(yù)防在局部形成氧化物或氫氧化物，尤其是在微孔腔結(jié)構(gòu)中，十二烷基磺酸鈉能夠改善微孔腔的表面張力條件，使鍍層更均勻，氯化鎳能夠改善陽極鎳板的溶解速率。電鍍是在48 °C，pH值為4 ± 0.2，電流密度為I?3A/dm2的條件下進(jìn)行的，以獲取內(nèi)部應(yīng)力較小，鍍層厚度更均勻的金屬模具。
[0045]鍍后處理:對電鍍后金屬模具進(jìn)行機(jī)械拋光平坦化處理，得到光滑平坦的模具表面。具體地，上述機(jī)械拋光工藝，先用1200目水砂紙拋光5分鐘，再用2000目水砂紙拋光10分鐘，換用3000目水砂紙拋光15分鐘，最后用5000目水砂紙拋光20分鐘。
[0046]最后將機(jī)械拋光好的金屬模具放入5%的氫氧化鈉溶液中超聲清洗5分鐘以上，去除光刻膠，獲得精密芯片金屬模具。
[0047]圖3是根據(jù)本實施例提供的制備方法制備得到的一種精密芯片金屬模具的示意圖。
[0048]如圖3所示，該精密芯片金屬模具上具有四個精密芯片的圖案模型，從而，在對該模具進(jìn)行熱模壓或注塑成型時，可以一次得到四個精密芯片。其中，可以根據(jù)所需精密芯片的大小，在一個芯片金屬模具上設(shè)置不同個數(shù)的精密芯片的圖案模型。
[0049]在上述基于光刻、電鍍、機(jī)械拋光的制造工藝在制造高利用率的精密芯片金屬模具時:(I)芯片微通道深度可以在60?150微米之間，寬度可以在20至300微米之間，通道拔膜角小于3度，通道平整度小于±6微米。(2)可以實現(xiàn)一次加工至少四個精密芯片。
[0050]從上述描述可以看出，本發(fā)明能夠利用簡單、低成本的工藝制備出高利用率的精密芯片金屬模具，很好的解決了精密芯片的加工技術(shù)難題，有著重要的科研和應(yīng)用意義。
【主權(quán)項】
1.一種低成本、高利用率精密芯片金屬模具的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟: 51:在基板上涂覆一層光刻膠，然后對光刻膠進(jìn)行曝光、顯影； 52:對步驟SI中的基板進(jìn)行鍍前、電鍍、鍍后處理； S3:去除步驟S2中所述基板上的光刻膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述光刻膠為正性膠。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述光刻膠為市售的PR-2000SA系列正性光刻膠。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述曝光和顯影包括:對光刻膠進(jìn)行前烘處理;借助掩膜板對前烘處理后的光刻膠進(jìn)行曝光;對曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影;對顯影后的光刻膠進(jìn)行后烘處理。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述前烘處理包括:將涂覆光刻膠的基板放置在70?80°C的水平熱盤上軟烘10?15min;然后室溫下自然凝固10小時以上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述曝光包括:將帶有微通道圖案的掩膜板緊貼在光刻膠上后，在紫外光下曝光;所述顯影包括:將曝光后的涂覆有光刻膠的基板放入堿性溶液中進(jìn)行顯影。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述后烘處理包括:將顯影后的基板于65 0C條件下烘烤I Omin，然后于130 °C下烘烤I Omin。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述鍍前處理為化學(xué)腐蝕處理或物理蝕刻處理。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述鍍后處理為機(jī)械拋光平坦化處理。10.權(quán)利要求1?9所述制備方法制備得到的低成本、高利用率精密芯片金屬模具。
【文檔編號】C25D3/12GK105908222SQ201610283113
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】莫遠(yuǎn)東, 莫德云, 王小卉
【申請人】嶺南師范學(xué)院