CN100347237C - 一种软印刷用紫外光固化材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种软印刷用紫外光固化材料的制备方法,属于软印刷技术领域。将原料低聚物、单体、光引发剂、交联剂混合制得高分子预聚物涂覆在硅基片和弹性印章之间;紫外光辐射;高分子预聚物直接聚合成交联聚合物粘贴在硅基片上,即为软印刷用紫外光固化材料。该紫外光固化材料与弹性印章分离,并粘贴在硅基片上即制得软印刷模版。利用该制备方法制备的软印刷用紫外光固化材料性能优异,与硅基板的附着力强,易与弹性印章脱离,通过配方改变可以调节材料的硬度和形变特性以适应不同用途;利用紫外光固化技术及软印刷用紫外光固化材料制备软印刷模版,工艺简单、聚合效率高、污染小、成本低,可得到各种不同用途的模版,用于制备多种微电子元器件和光学元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种软印刷用紫外光固化材料的制备方法,在紫外光辐照下原材料在硅基片和弹性印章之间直接聚合成交联聚合物产物,属于软印刷技术领域。
背景技术
随着半导体集成工艺的最小线宽向着100nm以下的尺度延伸,紫外光刻技术即将达到其分辨率极限。作为其替代技术的极紫外光刻、软X射线光刻和电子束光刻由于光的吸收,低产出高成本等问题还未产业化,因此各国科学家都在积极寻找通过中间介质简便又精确的复制由昂贵设备产生的微图形的技术。其中由哈佛大学Whitesides教授为主的多个研究集体发展的微接触印刷、复制模塑、转移微模塑、毛细微模塑、溶剂辅助微模塑、近场光刻蚀、软成型、纳米压印等技术,都使用了弹性模板作为微图案转移中介,而被统称为“软印刷”技术。与传统光刻技术相比,它能够实现曲面刻蚀,制作三维结构,方便地控制微接触印刷表面的化学物理性质,来制作陶瓷、高分子和微颗粒等微制造材料的微图形,并且可以在普通实验室条件下实现大尺寸图案制作。
软印刷是通过表面带图案的弹性模板来实现图案的转移的图形复制技术,作为非光刻微米和纳米量级的微加工方法,加工的分辨率可以达到5nm-100μm,它克服了传统光刻技术的缺陷,为形成和制作平面和曲面上的微米和纳米图案提供了简便、有效的低成本途径。
软印刷过程简单,方法灵活,在微制造方面有很好的应用前景。
(1)应用于生物方面,如固定蛋白质和细胞,制抗体光栅。
(2)制造微电子和有机发光器件如印刷导电高分子微电路、微变压器和场效应三极管等。
(3)制作微流道系统和微反应器。
(4)用新材料和新方法制作微图形。
(5)制作光学元件,如制导波管和塑料激光器的分散反馈及布拉格反射共鸣器。
在图形的精确定位和印刷质量方面,软印刷已经接近了光蚀刻技术,而且它有许多优点是光刻蚀技术所不具有的,如能在曲面上刻蚀图形,制作三维微结构和微制造材料的微图形,尤其是它不需复杂的设备,可以在普通实验室条件下进行制作。目前在国内专利方面,软印刷技术还处于比较空白阶段。
转移微模塑是一种重要的软印刷技术,其原理为在弹性印章上的凹槽内填满高分子预聚物,然后将其扣在基片上,固化以后在基片上就印上了高分子材料构成的图形。如用甲基呋喃-2-苯酚共聚物印刷出的微结构烧结后成为玻碳结构,能适应微电极、探头、显示器等微电子、微机械系统制造的需求。转移微模塑技术已用于制作光学导波管。采用紫外光固化聚氨酯,用转移微模塑技术做出微米级的导波管后,在其上浇铸一层覆盖层,通过控制紫外光照时间而控制导波管和覆盖层的光学指数差,能控制导波管的光耦合效果,十分方便和快捷,制作1000列、3cm长、2μm宽、1μm高的层波管阵列,面积大约0.8×3cm2的图形,只需一道工序,5分钟。
紫外光固化是指在紫外光的作用下,液态的低聚物(包括单体)经过交联聚合而形成固态产物的过程。紫外光固化具有固化速度快、少污染、节能和固化产物性能优异等优点,是一种环境友好的绿色技术。自20世纪60年代初美国福特汽车公司首次采用该技术、60年代末德国拜尔公司成功开发紫外光固化木器涂料至今,紫外光固化技术得到迅猛的发展。我国虽早在20世纪70年代就引进紫外光固化技术,但真正的发展应始于20世纪90年代,十几年来这一领域中的研究开发与产品得到了长足的发展。但将紫外光固化技术用于软印刷的转移微模塑技术目前国内还没有专利技术报道。
发明内容
利用紫外光固化技术,合成紫外光固化材料来制备软印刷用的模版是一项全新的技术,具有固化速度快、少污染、节能、固化材料性能优异和印刷模版用途广等优点。用该方法制备的软印刷模版可用广泛应用于微电子制造领域,如:制作超大集成电路线路板、电脑主板芯片和微电子有机发光器件等。还可用于制作光学元件,如:制导波管和塑料激光器的分散反馈装置等。
一种软印刷用紫外光固化材料的制备方法,该制备方法包括以下步骤:
(1)将原料低聚物、单体、光引发剂、交联剂混合制得高分子预聚物;
原料质量含量分别为 低聚物 50~99wt%;
单体 0.1~75wt%;
光引发剂 0.01~15wt%;
交联剂 0.01~50wt%;
各原料的质量百分比总和不超过100%;
所述低聚物为环氧甲基丙烯酸酯(EMA)、环氧丙烯酸酯(EA)或有机硅聚氨酯丙烯酸酯(SUA)中任何一种;
所述单体为2-苯氧基乙基丙烯酸酯(PEA)、硬脂酸丙烯酸酯(SA)、月桂酸丙烯酸酯(LA)、金属性双环氧丙烯酸酯(MDA)或异冰片基环氧丙烯酸酯(IBA)中任何一种;
所述光引发剂为安息香双甲醚、α-羟基环己基苯基酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙酮]、α-羟基,α-苯基苯丙酮、1-羟基环己基苯甲酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中任何一种;
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二乙二醇二丙烯酸酯、三聚乙二醇二丙烯酸酯和四聚乙二醇二丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯或二季戊四醇五丙烯酸酯中任何一种;
(2)将制得的高分子预聚物涂覆在硅基片和弹性印章之间;
或者将高分子预聚物涂覆在弹性印章上,抹去多余的高分子预聚物,然后扣在硅基片上;
(3)紫外光辐射,高分子预聚物直接聚合成交联聚合物,该聚合物粘贴在硅基片上,即为软印刷用紫外光固化材料。
该制得的用于软印刷技术的紫外光固化材料可以与弹性印章分离,并粘贴在硅基片上即制得软印刷模版。
利用紫外光固化技术,合成紫外光固化材料,具有固化速度快、少污染、节能、固化材料性能优异等优点。
利用上述紫外光固化技术制备软印刷模版的方法,可以得到各种不同用途的模版,用于制备多种微电子元器件和光学元件。该紫外光固化材料与硅基板的附着力强,易与弹性印章脱离,通过配方改变可以调节材料的硬度和形变特性以适应不同用途。该制备途径具有工艺简单、聚合效率高、污染小和成本低等特点。
附图说明
图1为紫外光固化材料光聚合反应路径示意图。
图2软印刷模版制作原理示意图。
具体实施方式
图1为紫外光固化材料光聚合反应路径示意图。低聚物、单体、交联剂在光引发剂和紫外光辐射作用下直接聚合成交联聚合物,即此软印刷材料。
图2软印刷模版制作原理示意图。将原料低聚物、单体、光引发剂、交联剂混合制得高分子预聚物涂覆在弹性印章上,抹去多余的高分子预聚物扣在硅基片上;紫外光辐射,在紫外光曝光下,预聚物聚合固化,粘贴在硅基片上,脱去弹性印章,即制得软印刷模版。
实施例1
将低聚物EMA 1g,低聚物SUA 3g;单体IBA 0.5g,单体SA 0.1g;交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.1g,交联剂双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯0.2g;光引发剂安息香双甲醚0.25g混合均匀,制备成预聚物。将预聚物置于硅基片和弹性印章之间,在紫外光曝光下,预聚物发生聚合固化反应,制得用于软印刷技术的紫外光固化材料;用于软印刷技术的紫外光固化材料与弹性印章分离并粘贴在硅基片上,即制得软印刷模版。
实施例2
将低聚物EA 1g,低聚物SUA 5.5g;单体MDA 1g,单体PEA 0.3g;交联剂二乙二醇二丙烯酸酯1.1g;光引发剂α-羟基环己基苯基酮0.15g混合均匀,制备成预聚物。将预聚物置于硅基片和弹性印章之间,在紫外光曝光下,预聚物发生聚合固化反应,制得用于软印刷技术的紫外光固化材料;用于软印刷技术的紫外光固化材料与弹性印章分离并粘贴在硅基片上,即制得软印刷模版。
实施例3
将低聚物EMA 0.5g,低聚物SUA 6g,低聚物EA 1g;单体IBA 0.5g,单体LA 0.1g,单体PEA 0.25g,单体MDA 0.5g;交联剂二季戊四醇五丙烯酸酯0.5g;光引发剂安息香双甲醚0.2g,光引发剂1-羟基环己基苯甲酮0.05g,光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.05g混合均匀,制备成预聚物。将预聚物置于硅基片和弹性印章之间,在紫外光曝光下,预聚物发生聚合固化反应,制得用于软印刷技术的紫外光固化材料;用于软印刷技术的紫外光固化材料与弹性印章分离并粘贴在硅基片上,即制得软印刷模版。
实施例4
将低聚物EMA 0.5g,低聚物SUA 6g,低聚物EA 0.5g;单体MDA 0.5g;交联剂双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯0.6g;光引发剂α-羟基环己基苯基酮0.35g,光引发剂1-羟基环己基苯甲酮0.02g,光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.02g混合均匀,制备成预聚物;将高分子预聚物涂覆在弹性印章上,抹去多余的高分子预聚物,然后扣在硅基片上,在紫外光曝光下,预聚物发生聚合固化反应,制得用于软印刷技术的紫外光固化材料;用于软印刷技术的紫外光固化材料与弹性印章分离并粘贴在硅基片上,即制得软印刷模版。
实施例5
将低聚物EMA 0.5g,低聚物SUA 2.5g,低聚物EA 0.1g;单体MDA 1.5g,单体IBA 0.3g;交联剂二季戊四醇五丙烯酸酯0.75g;光引发剂α-羟基环己基苯基酮0.35g,光引发剂1-羟基环己基苯甲酮0.1g混合均匀,制备成预聚物;将高分子预聚物涂覆在弹性印章上,抹去多余的高分子预聚物,然后扣在硅基片上,在紫外光曝光下,预聚物发生聚合固化反应,制得用于软印刷技术的紫外光固化材料;用于软印刷技术的紫外光固化材料与弹性印章分离并粘贴在硅基片上,即制得软印刷模版。
实施例6:类似于实施例1,将光引发剂安息香双甲醚换成2-甲基-1-[4-(甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙酮]0.35g。
实施例7:类似于实施例1,将光引发剂安息香双甲醚换成α-羟基,α-苯基苯丙酮0.35g。
实施例8:类似于实施例2,将交联剂二乙二醇二丙烯酸酯换成交联剂三聚乙二醇二丙烯酸酯0.55g。
实施例9:类似于实施例2,将交联剂二乙二醇二丙烯酸酯换成交联剂四聚乙二醇二丙烯酸酯0.65g。
Claims (2)
1、一种软印刷用紫外光固化材料的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:
(1)将原料低聚物、单体、光引发剂、交联剂混合制得高分子预聚物;
所述原料质量含量分别为 低聚物 50~99wt%;
单体 0.1~75wt%;
光引发剂 0.01~15wt%;
交联剂 0.01~50wt%;
各原料的质量百分比总和不超过100%;
所述低聚物为环氧甲基丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯或有机硅聚氨酯丙烯酸酯中任何一种;
所述单体为2-苯氧基乙基丙烯酸酯、硬脂酸丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、金属性双环氧丙烯酸酯或异冰片基环氧丙烯酸酯中任何一种;
所述光引发剂为安息香双甲醚、α-羟基环己基苯基酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙酮]、α-羟基,α-苯基苯丙酮、1-羟基环己基苯甲酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中任何一种;
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二乙二醇二丙烯酸酯、三聚乙二醇二丙烯酸酯和四聚乙二醇二丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯或二季戊四醇五丙烯酸酯中任何一种;
(2)将制得的高分子预聚物涂覆在硅基片和弹性印章之间;
(3)紫外光辐射,高分子预聚物直接聚合成交联聚合物,该聚合物粘贴在硅基片上,即为软印刷用紫外光固化材料。
2、一种软印刷模板的制备方法,其特征在于,该模板的制备方法包括以下步骤:
(1)将原料低聚物、单体、光引发剂、交联剂混合制得高分子预聚物;
所述原料质量含量分别为 低聚物 50~99wt%;
单体 0.1~75wt%;
光引发剂 0.01~15wt%;
交联剂 0.01~50wt%;
各原料的质量百分比总和不超过100%;
所述低聚物为环氧甲基丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯或有机硅聚氨酯丙烯酸酯中任何一种;
所述单体为2-苯氧基乙基丙烯酸酯、硬脂酸丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、金属性双环氧丙烯酸酯或异冰片基环氧丙烯酸酯中任何一种;
所述光引发剂为安息香双甲醚、α-羟基环己基苯基酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙酮]、α-羟基,α-苯基苯丙酮、1-羟基环己基苯甲酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中任何一种;
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二乙二醇二丙烯酸酯、三聚乙二醇二丙烯酸酯和四聚乙二醇二丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯或二季戊四醇五丙烯酸酯中任何一种;
(2)将步骤(1)制得高分子预聚物抹在弹性印章上,抹去多余的高分子预聚物扣在硅基片上;
(3)在紫外光辐射曝光下,使预聚物聚合固化,粘贴在硅基片上,脱去弹性印章,即制得软印刷模版。
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