CN103231518B - 一种聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备方法，属微机电制造领域。该方法包括：步骤1、在模具下基底（11）表面涂一层SU-8-2005光刻胶形成预处理薄胶层（10）；步骤2、将SU-8光刻胶涂在经过预处理的模具下基底（11）表面形成SU-8微群柱结构（9）；步骤3、微群柱通道模具制作：步骤4、将微细群柱通道模具放入制膜容器（4）内并倒入PDMS胶（6）；步骤5、利用抽真空的方式，使PDMS胶填充满微群柱通道完成注模；步骤6、胶体固化；步骤7、将模具上基底（7）、下基底（11）与固化的PDMS胶分离。本发明制备的微孔薄膜用于电解加工可以显著提高掩膜电解加工的定域性和微细尺度加工能力。
Description
技术领域
本发明涉及聚二甲基硅氧烷（PDMS）阵列微孔薄膜制备方法，属于微机电制造系统（MEMS）领域。
背景技术
聚二甲基硅氧烷（PDMS）是有机硅材料中的一种，是一种无色透明的弹性高分子聚合物，通常它是由PDMS预聚体和固化剂按照一定的体积比（质量比）混合并聚合而成。它具有很强的亲有机性能和疏水性能，同时具有良好的绝缘性、化学稳定性、耐热耐寒性和耐腐蚀性，无可燃性，无毒无污染，适合加工各种生化反应芯片，具有很高的生物兼容性和气体通透性，可用于细胞培养，同时弹性模量低，使用方便，对图形复制性好，具有很好的自闭性，广泛应用于MEMS中的微接触压印、微流体图形化、模板辅助构图等技术中，尤其在生物芯片和分析化学的微芯片实验室中的应用更为广泛。PDMS微孔薄膜也被广泛应用于多层微流体通道和细胞筛选培养。在微细电化学加工领域PDMS微孔薄膜也可以作为绝缘层来控制电解加工区域，进行微织构电解加工。
PDMS芯片主要通过模塑法进行大批量注塑制备，以降低制作成本，但传统以硅工艺制作硅模具，或以LIGA（或UV-LIGA）工艺制作金属模具，模具制作仍然存在工艺复杂、成本高等问题。近几年也出现了以光刻胶结构为模具复制PDMS芯片的方法，取得了良好的制作效果。模具材料通常为SU-8负性固态光刻胶。
文献报导的PDMS阵列微孔薄膜的制作方法主要有：
1）旋涂法（Spin-coating）(M A.Unger, H.Chou, T. Thorsen, A. Scherer and S.Quake, Science 288,113-16(2000).),此方法直接将PDMS胶旋涂于SU-8胶微细群柱模具上面，保证胶层低于群柱的高度或者旋涂之后直接用外接压力将柱体上部的胶体去除，但通常情况下总有一层PDMS胶固化在模具上面导致盲孔产生，为去除这层不需要的胶膜，需要进行等离子刻蚀、反应离子刻蚀和湿法刻蚀。该方法需要旋涂仪、刻蚀机等设备，导致成本高，制备步骤复杂；
2）毛细微模塑法（Micro-molding in capillaries）(Jongchan Choi, Kyeong-Hwan Lee and Sung Yang， J. Micromech. Microeng. 21(2011) 097001 (8pp))。此方法首先需要依托SU-8胶模具制作PDMS微细群柱结构模板，由于PDMS之间存在脱模困难的问题，需对PDMS模板表面进行常压频射等离子体处理，以防止模具与胶体粘连保证顺利脱模，最后根据毛细现象进行PDMS胶体注塑形成薄膜，其缺点是成本高，制备步骤复杂，需要进行表面处理，制作的薄膜尺寸小，重复性不好，仿制精度有限。其缺点限制了这些方法的广泛应用。显然，发展简单、快速和低成本以及大面积的PDMS阵列微孔薄膜的制作方法很有必要。
发明内容
本发明提出了一种采用PDMS材料制备阵列微孔薄膜的制备方法以及相应的装置。
一种聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备方法，其中该薄膜厚度为50-500μm，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、模具下基底预处理：运用匀胶台在模具下基底表面均匀旋涂一层厚度为1-5μm的SU-8-2005光刻胶形成预处理薄胶层，之后进行前烘、全曝光、后烘；
步骤2、微细群柱结构制备：根据所需薄膜的厚度选择对应的SU-8光刻胶，将SU-8光刻胶旋涂在步骤1中经过预处理的模具下基底表面，在匀胶台上匀胶，之后进行前烘、掩模曝光、后烘和显影，形成SU-8微群柱结构；
步骤3、微群柱通道模具制作：在模具上基底表面旋涂一层1-5μm厚的SU-8-2005光刻胶作为结合胶，并将具有SU-8微群柱结构的模具下基底倒放至模具上基底，确保SU-8微群柱结构柱体顶端与模具上基底连接，并将胶烘干形成微细群柱通道模具；
步骤4、倒胶：将微细群柱通道模具放入制膜容器内，并倒入PDMS材料和PDMS固化剂配制的PDMS胶；
步骤5、注模：将盛有PDMS胶的制膜容器放入真空箱内抽真空，使模具内部处于真空状态，当真空度达到10Pa之后卸压，由于模具内部的真空作用，使得模具内部与外界产生压力差，在压力差的作用下PDMS胶填充满微群柱通道完成注模；
步骤6、胶体固化：将步骤5中制膜容器放入干燥箱内保持75±5℃至PDMS胶固化完全；
步骤7、脱模：将模具上基底与固化的PDMS胶分离，将模具下基底连同SU-8微群柱结构一起与固化的PDMS胶分离形成微孔，完成聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备。
PDMS阵列微孔薄膜的制作装置，包括：真空泵、真空箱、制膜容器、微细群柱通道模具、干燥箱，其特征在于：微细群柱通道模具包括用于形成微细群柱通道的微细群柱，还包括上盖表面的低粘度胶。
本发明具有以下优点：
1、 对模具下基底进行薄胶预处理，此处理适用于金属、硅片等基底，提高了SU-8胶与下基底的结合力，从而保证显影过程中微细群柱结构的完整性，有利于制备大面积微孔薄膜。
2、 本发明采用光刻胶作为结合胶。一方面，可以用旋涂法涂胶，保证结合胶厚度的均匀性，从而保证制作薄膜厚度均匀；另一方面，结合胶能够与SU-8微群柱结构顶部粘结，从而保证制作的薄膜微孔具有较高的通孔率。
3、 可以根据不同的薄膜厚度，旋涂不同厚度的SU-8胶，制备相应高度的SU-8微群柱结构，从而制备对应厚度的微孔薄膜，制作方法简单、可行。
附图说明
图1 阵列微孔薄膜制作抽真空装置示意图；
图2 微细群柱通道模具结构图；
图3 SU-8胶微群柱三维示意图；
图4 PDMS阵列微孔薄膜示意图；
其中标号名称：1、真空箱，2、真空计，3、真空泵，4、制膜容器，5、微细群柱通道模具，6、PDMS胶，7、模具上基底，8、结合胶，9、SU-8微群柱结构，10、预处理薄胶层，11、模具下基底
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明装置实施阵列微孔薄膜的制作方法：
步骤1、模具下基底11预处理。运用匀胶台在模具下基底11表面均匀旋涂一层5微米厚SU-8-2005光刻胶，之后进行前烘、全曝光、后烘形成预处理薄胶层10以提高SU-8微柱体与基底的结合力；
步骤2、微细群柱结构制备。将SU-8-2100光刻胶旋涂在步骤1中经过预处理的模具下基底11表面，在匀胶台上匀胶，之后进行前烘、掩模曝光、后烘和显影，形成SU-8微群柱结构9，如图3所示；
步骤3、微细群柱通道模具制作。在模具上基底7涂一层5微米厚度的结合胶8，并将具有微细群柱结构的模具下基底11倒放至模具上基底7，确保柱体顶端与上基底连接，并将胶烘干形成微细群柱通道模具，如图2所示；
步骤4、倒胶。将模具放入制膜容器4内，并倒入PDMS材料和PDMS固化剂按1:1配制的PDMS胶6；
步骤5、注模。将盛有PDMS胶的制膜容器4放入真空箱1内抽真空，使模具内部处于真空状态，当真空度达到10Pa之后卸压，由于模具内部的真空作用，使得模具内部与外界产生压力差，在压力差的作用下PDMS胶填充满微细群柱通道完成注模，如图1所示；
步骤6、胶体固化。将步骤5中制膜容器放入干燥箱内保持75±5℃至PDMS胶体固化完全；
步骤7、脱模。将上下基底7、11与固化的PDMS胶分离完成微孔薄膜制备。
Claims (1)
1.一种聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备方法，其中该薄膜厚度为50-500μm，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、模具下基底预处理：运用匀胶台在模具下基底（11）表面均匀旋涂一层厚度为1-5μm的SU-8-2005光刻胶形成预处理薄胶层（10），之后进行前烘、全曝光、后烘；
步骤2、微细群柱结构制备：根据所需薄膜的厚度选择对应的SU-8光刻胶，将SU-8光刻胶旋涂在步骤1中经过预处理的模具下基底（11）表面，在匀胶台上匀胶，之后进行前烘、掩模曝光、后烘和显影，形成SU-8微群柱结构（9）；
步骤3、微群柱通道模具制作：在模具上基底（7）表面旋涂一层1-5μm厚的SU-8-2005光刻胶作为结合胶（8），并将具有SU-8微群柱结构（9）的模具下基底（11）倒放至模具上基底（7），确保SU-8微群柱结构（9）柱体顶端与模具上基底（7）连接，并将胶烘干形成微细群柱通道模具；
步骤4、倒胶：将微细群柱通道模具放入制膜容器（4）内，并倒入PDMS材料和PDMS固化剂配制的PDMS胶（6）；
步骤5、注模：将盛有PDMS胶的制膜容器（4）放入真空箱（1）内抽真空，使模具内部处于真空状态，当真空度达到10Pa之后卸压，由于模具内部的真空作用，使得模具内部与外界产生压力差，在压力差的作用下PDMS胶填充满微群柱通道完成注模；
步骤6、胶体固化：将步骤5中制膜容器（4）放入干燥箱内保持75±5℃至PDMS胶固化完全；
步骤7、脱模：将模具上基底（7）与固化的PDMS胶分离，将模具下基底（11）连同SU-8微群柱结构（9）一起与固化的PDMS胶分离形成微孔，完成聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150311 |