CN106145029B - 一种在金属基底上制备微同轴金属结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在铜基底上制备微同轴金属结构的方法，先在铜基底上涂覆负性光刻胶，将负性光刻胶层在掩膜板下用紫外光曝光显影得到金属底层的胶膜结构后微电铸，得到金属底层；在金属底层上涂覆光刻胶并光刻显影，得支撑体，并在其上涂覆负性光刻胶并光刻、显影、微电铸铜，获得金属内轴；将金属基底上所有的负性光刻胶剥离，得三层微结构，并对其覆负性光刻胶并光刻显影，得倒U型金属外壳的胶膜结构，在此胶膜结构上电铸金属铜，剥离负性光刻胶，得到微同轴结构。本发明对微同轴的金属外壁采用一次微电铸成型的方法，可解决目前的多层连续加工工艺存在的中心对准难、金属外壁粗糙度大以及垂直度低等问题，不仅简化了工艺步骤，而且能够有效缩短加工周期，减小加工难度和降低加工成本。

Description

一种在金属基底上制备微同轴金属结构的方法
技术领域
本发明涉及金属微结构制造技术领域，特别是涉及一种在金属基底上制备微同轴金属结构的方法。
背景技术
在微结构中，通常称在基体材料上进行非常薄的微加工得到的微结构为二维微结构。对于那些结构简单、不含曲面或斜面的微结构，称之为准三维微结构，如侧壁垂直于表面的深沟槽、台阶等。只有含有曲面或任意复杂形状的微结构，我们才称之为三维微结构。在MEMS(微机电系统)中，为了满足功能和装配等方面要求，很多元器件都需要具有斜面、自由曲面等三维微结构，特别是微同轴结构，目前已引起了大多数研究学者的关注。
微机械加工技术主要包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA(即光刻、电铸和注塑的缩写)技术、准liga技术、晶片键合技术和微机械组装技术等。由于侧壁陡直、深宽比大的微结构不仅可以提高微型器件的性能，而且还能增加微型器件的强度，防止因机械失效或应力集中产生的破坏，因此，三维微结构的制作技术成为了MEMS加工的关键技术之一。
现有3D-微同轴结构的加工制备工艺大都是利用光刻工艺制作出同轴传输线凹槽，然后进行电镀，光刻工艺与电镀工艺对此交替使用，最后电镀出微同轴结构，将光刻胶剥离即可制得微同轴结构。此方法制备的微同轴结构侧壁粗糙度较大且侧壁垂直度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种在金属基底上制备微同轴金属结构的方法，采用的技术手段是UV-LIGA、微电铸及微电铸后处理技术，金属外壳一次性微电铸成型，可解决目前的多层连续加工工艺存在的中心对准难、金属外壁粗糙度大以及垂直度低等问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种在金属基底上制备微同轴金属结构的方法，该方法具体包括以下步骤：
在金属基底上涂覆一层负性光刻胶；将负性光刻胶在掩膜板下光刻、显影得到微同轴金属结构的金属底层的胶膜结构；对胶膜结构进行微电铸，得到微同轴金属结构的金属底层；
在金属底层上涂覆一层SU-8光刻胶；对SU-8光刻胶进行光刻、显影，得SU-8支撑体；在SU-8支撑体上涂覆负性光刻胶，对负性光刻胶进行光刻、显影，得金属内轴的胶膜结构；对金属内膜的胶膜结构进行微电铸，获得金属内轴；
将金属基底上所有的负性光刻胶剥离，得三层微结构，从下至上依次为金属底层、SU-8支撑体和金属内轴；对三层微结构涂覆负性光刻胶，对负性光刻胶进行光刻、显影，得倒U型金属外壳的胶膜结构；对倒U型金属外壳的胶膜结构进行微电铸，得到倒U型金属外壳；剥离倒U型金属外壳内的负性光刻胶，得到微同轴结构。
优选地，在包含三层微结构的铜基片上涂覆210微米厚的KMPR负性光刻胶，将涂覆KMPR负性光刻胶的铜基片置于镀铬掩膜版下，镀铬掩膜版上为刻有U型铜外壳图案并且厚度为3mm的玻璃材质，使用波长约为365nm的紫外光曝光；将铜基片浸没在TMAH中显影，得U型铜外壳的胶膜结构；将含有胶膜结构的铜基片置于由9080g无水硫酸铜、1283ml硫酸、4ml盐酸以及76g十二水硫酸铝钾混合配制的电铸液内，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，得到微同轴金属结构的U型铜外壳；用PG去胶剂完全去除铜基片上的KMPR胶膜，获得U型铜外壳，即得到所需微同轴金属结构。
该方法可以使得微同轴金属结构的外壁一次成型，可解决目前的多层连续加工工艺存在的中心对准难、金属外壁粗糙度大以及垂直度低等问题。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的在金属基底上制备微同轴金属结构的方法中金属外壳可以一次性微电铸成型；所得金属外壳的侧壁粗糙度小和垂直度良好，其中金属内轴位于金属外壳的正中心，需要不导电的支撑体作为支撑，SU-8通过光刻工艺形成的胶膜结构完全符合支撑体的要求，此方法制备步骤简练，工艺简单，成本低，效果优。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例加工工艺流程图；
图2为本发明实施例微同轴金属结构示意图。
图中：1-金属基底、2-倒U型金属外壳、3-SU-8支撑体、4-金属内轴
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种在金属基底上制备微同轴金属结构的方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种在金属基底上制备微同轴金属结构的方法，该方法具体包括以下步骤：
在铜基底1(图1中a)上涂覆一层负性光刻胶KMPR(图1中b)；将负性光刻胶在掩膜板下光刻、显影得到微同轴金属结构的金属底层的胶膜结构(图1中c)；对胶膜结构进行微电铸，得到微同轴金属结构的金属底层(图1中d)；
在金属底层上涂覆一层SU-8光刻胶(图1中e)；对SU-8光刻胶进行光刻、显影，得SU-8支撑体3(图1中f)；在SU-8支撑体3上涂覆负性光刻胶(图1中g)，对负性光刻胶进行光刻、显影，得金属内轴的胶膜结构(图1中h)；对金属内膜的胶膜结构进行微电铸，获得金属内轴4(图1中i)；
将金属基底上所有的负性光刻胶剥离，得三层微结构(图1中j)，从下至上依次为金属底层1、SU-8支撑体3和金属内轴4；对三层微结构涂覆负性光刻胶(图1中k)，对负性光刻胶进行光刻、显影，得倒U型金属外壳2的胶膜结构(图1中l)；对倒U型金属外壳2的胶膜结构进行微电铸，得到倒U型金属外壳2(图1中m)；剥离倒U型金属外壳2内的负性光刻胶，得到微同轴结构(图1中n)。
进一步的，对SU-8光刻胶进行光刻、显影，具体为：采用紫外光刻技术对SU-8光刻胶进行光刻。
在包含三层微结构的铜基片1上涂覆210微米厚的KMPR负性光刻胶，将涂覆KMPR负性光刻胶的铜基片1置于镀铬掩膜版下，镀铬掩膜版上为刻有U型铜外壳图案并且厚度为3mm的玻璃材质，使用波长约为365nm的紫外光曝光；将铜基片1浸没在TMAH中显影，得U型铜外壳的胶膜结构；将含有胶膜结构的铜基片置于由9080g无水硫酸铜、1283ml硫酸、4ml盐酸以及76g十二水硫酸铝钾混合配制的电铸液内，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，得到微同轴金属结构的U型铜外壳；用PG去胶剂完全去除铜基片1上的KMPR胶膜，获得U型铜外壳，即得到所需微同轴金属结构。
本发明的在金属基底1上制备微同轴金属结构的方法中金属外壳2可以一次性微电铸成型；所得金属外壳2的侧壁粗糙度小和垂直度良好，其中金属内轴4位于金属外壳的正中心，需要不导电的支撑体作为支撑，SU-8光刻胶通过光刻工艺形成的胶膜结构完全符合支撑体的要求，此方法制备步骤简练，工艺简单，成本低，效果优。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种在铜基底上制备微同轴金属结构的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
在铜基底上涂覆一层厚度约为50μm的KMPR光刻胶；将涂覆KMPR负性光刻胶的铜基片置于玻璃材质、厚度为3mm的镀铬掩膜版下，使用波长约为365纳米的紫外光曝光；将铜基片浸没在TMAH显影液中显影，得到微同轴金属结构的金属底层的胶膜结构；将胶膜结构置于由9080g无水硫酸铜、1283ml硫酸、4ml盐酸以及76g十二水硫酸铝钾混合配制的电铸液中，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，得到微同轴金属结构的微电铸铜金属底层；用PG去胶剂完全去除铜基片上的KMPR胶膜，获得微同轴金属结构的最底层铜底层；
在铜底层上涂覆一层30μm厚的SU-8光刻胶；将涂覆SU-8光刻胶的铜基片置于刻有支撑体图案、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬掩膜版下，用波长约为365nm的紫外光曝光；将铜基片浸没在PGMEA显影液内超声显影，获得SU-8支撑体；在SU-8支撑体上涂覆50μm厚的KMPR负性光刻胶，将涂覆KMPR负性光刻胶的铜基片置于刻有内轴图案、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬掩膜版下，使用波长约为365nm的紫外光曝光；将基片浸没在TMAH中显影，得到内轴的胶膜结构；将铜基片置于由9080g无水硫酸铜、1283ml的硫酸、4ml盐酸以及76g十二水硫酸铝钾混合配制的电铸液中，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，得到微同轴金属结构的微电铸铜金属内轴；
将铜金属基底上所有的KMPR负性光刻胶用PG去胶剂完全剥离，获得三层微结构，即从下至上依次为铜底层、SU-8支撑体和铜内轴；在包含三层微结构的铜基片上涂覆210微米厚的KMPR负性光刻胶，将涂覆KMPR负性光刻胶的铜基片置于刻有U型铜外壳图案、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬掩膜版下，使用波长约为365nm的紫外光曝光；将铜基片浸没在TMAH中显影，得U型铜外壳的胶膜结构；将含有胶膜结构的铜基片置于由9080g无水硫酸铜、1283ml硫酸、4ml盐酸以及76g十二水硫酸铝钾混合配制的电铸液内，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，得到微同轴金属结构的U型铜外壳；用PG去胶剂完全去除铜基片上的KMPR胶膜，获得U型铜外壳，即得到所需微同轴金属结构。
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