CN102390103B - 一种电场增强的毛细微注塑成形方法 - Google Patents

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一种电场增强的毛细微注塑成形方法，先在硅上刻蚀出所需的图案结构，得到母模具，再将硅橡胶浇注在母模具上并用带有透明导电层的柔性塑料片压在硅橡胶上，硅橡胶固化后脱模得到柔性透明导电模具，然后将柔性导电模具放置在衬底上，柔性导电模具和衬底之间会拼合成两端通透的微/纳流道，再在拼合的流道一端滴加光固化树脂液滴，并在柔性导电模具的导电层和衬底之间施加电压，光固化树脂会向流道的另一端流动，最后待光固化树脂流动到流道的另一端后，固化光固化树脂并脱模，即可得到无留膜的微/纳图案，本发明具有增大了毛细流动的长度，减小了流动时间，提高了流动效率的优点。

Description

一种电场增强的毛细微注塑成形方法
技术领域
本发明属于微纳制造领域，具体涉及一种电场增强的毛细微注塑成形方法。
技术背景
微纳米成形技术广泛应用于微电子制造，微全分析系统(μTAS)，MEMS器件加工等领域。然而粒子束直写、紫外光刻或X射线光刻虽然有非常高的分辨率，但效率低、成本高，限制了其在某些领域中的应用。纳米压印技术具有高分辨率、高效、低成本的特点，但较大的机械压力以及对平坦化衬底和模具的要求，限制了其在非平坦表面上复形的应用。毛细微注塑成形(MIMC)技术不但具有压印技术的优点，同时不要求衬底的平整性，不需要外界机械压力，并且毛细微注塑成形(MIMC)技术作为一种光刻方法可以获得无留膜的阻蚀胶层。然而传统的MIMC技术对长程的微流道填充需要较长的时间，并且尺寸越小所需要的毛细填充时间越长。溶剂辅助型毛细微注塑成形(MIMC)技术虽然可以克服长流道难填充的限制，但是对阻蚀胶和溶剂匹配性的要求限制了某些阻蚀胶材料的应用。
流体介电泳效应和电毛细效应在微流控中已获得广泛的应用，即利用电场产生的介电泳力或电毛细力来控制微小液体的流动。因此可利用电场介电泳力或电毛细力来驱动液体在毛细管道中做长程快速流动，提高传统毛细微注塑成形(MIMC)效率和复形长度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电场增强的毛细微注塑成形方法，具有增大了毛细流动的长度，减小了流动时间，提高了流动效率的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种电场增强的毛细微注塑成形方法，包括以下步骤：
1)加工柔性透明导电模具：在硅上刻蚀出所需的凹形图案结构，得到母模具，再将硅橡胶浇注在母模具上并用带有透明导电层的柔性塑料片压在硅橡胶上，硅橡胶固化后脱模得到凸形的柔性透明导电模具，
2)拼合微/纳流道：将柔性透明导电模具放置在衬底上，使柔性导电模具与衬底接触，柔性透明导电模具的凸形部分和衬底之间就会拼合成两端通透的微/纳流道，
3)滴胶并施加电压：在拼合的流道一端滴加光固化树脂液滴，滴加量要足以淹没流道高度，体积大于流道的总容积，然后在柔性透明导电模具的导电层和衬底之间施加直流电压，电压大小要保证不使模具的介电层不被击穿，在50V～500V之间，光固化树脂会向流道的另一端流动，
4)固化并脱模：待光固化树脂流动到流道的另一端后，采用紫外光照固化光固化树脂并脱模，即可得到无留膜的微/纳图案。
采用带有导电层的柔性透明模具，在该模具和衬底间施加电压，所产生的电场力可驱动光固化树脂从毛细流道的一端向另一端流动，可实现光固化树脂在流道中的快速填充，并最终复制出微/纳米图案。
由于光固化树脂在微/纳流道中的流动驱动力既有自然毛细力又有电场力，电场力增大了流动的驱动力，故而具有增大了毛细流动的长度，减小了流动时间，提高了流动效率的优点。
附图说明、
图1是本发明母模具断面示意图。
图2是本发明在母模具上浇注硅橡胶示意图。
图3是本发明在硅橡胶上压盖一带有导电层的柔性透明背衬，然后固化硅橡胶的示意图。
图4是从母模具上脱模后得到本发明所需的柔性透明导电模具的断面示意图。
图5是本发明将模具放置在衬底上，使模具的硅橡胶结构与衬底接触，并形成两端通透的毛细流道的示意图。
图6是本发明在毛细流道的一端滴加液滴示意图。
图7是本发明在模具的导电层和衬底之间施加一定电压示意图。
图8是本发明固化光固化树脂示意图。
图9是本发明脱模后所得微/纳结构的三维示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种电场增强的毛细微注塑成形方法，包括以下步骤：
1)加工柔性透明导电模具：参照图1，在硅上刻蚀出所需的凹形图案结构，得到母模具1，参照图2，再将硅橡胶2浇注在母模具1上，并对该体系抽真空使硅橡胶2充分填充进母模具的结构腔体中，参照图3，用带有透明导电层4的柔性塑料片3压在硅橡胶2上，硅橡胶2固化后，参照图4，脱模即可得到本发明所需的凸形的柔性透明导电模具，
2)拼合微/纳流道：参照图5，将柔性透明导电模具放置在衬底5上，使柔性透明导电模具与衬底5接触，衬底5为硅片或载玻片，在柔性透明导电模具的凸形部分和衬底5之间会拼合成两端通透的微/纳流道，
3)滴胶并施加电压：参照图6，在拼合的流道一端滴加光固化树脂6液滴，滴加量要足以淹没流道高度，体积大于流道的总容积，参照图7，在柔性导电模具的导电层4和衬底5之间施加直流电压7，电压大小要保证不使模具结构被击穿，在50V～500V之间，光固化树脂6会向流道的另一端流动，
4)固化并脱模：参照图8，待光固化树脂6流动到流道的另一端后，采用紫外光照8使光固化树脂交联固化，参照图9，脱模，即可得到无留膜的微/纳图案。
毛细流道是由上下两电极及硅橡胶结构组成，在两个电极间施加电压会使流道中的光固化树脂表面富集自由电荷或极化电荷，表面电荷受到的电场力会拉动流体向流道的另一端流动，在硅橡胶不被击穿的情况下，施加电压越大光固化树脂受到的电场力越大，流动速度越快。利用电场力驱动光固化树脂在毛细流道中做长程快速流动，可以有效提高传统MIMC的效率，扩大了成形材料的选择范围。

Claims (1)

1.一种电场增强的毛细微注塑成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）加工柔性透明导电模具：在硅上刻蚀出所需的凹形图案结构，得到母模具，再将硅橡胶浇注在母模具上并用带有透明导电层的柔性塑料片压在硅橡胶上，硅橡胶固化后脱模得到凸形的柔性透明导电模具，
2）拼合微/纳流道：将柔性透明导电模具放置在衬底上，使柔性透明导电模具与衬底接触，柔性透明导电模具的凸形部分和衬底之间就会拼合成两端通透的微/纳流道，
3）滴胶并施加电压：在拼合的流道一端滴加光固化树脂液滴，滴加量要足以淹没流道高度，体积大于流道的总容积，并在柔性透明导电模具的导电层和衬底之间施加电压，电压大小要保证不使模具结构被击穿，在50V～500V之间，光固化树脂会向流道的另一端流动，
4）固化并脱模：待光固化树脂流动到流道的另一端后，采用紫外光照固化光固化树脂并脱模，即可得到无留膜的微/纳图案。
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