CN110760899A

CN110760899A - 金属模板制备方法

Info

Publication number: CN110760899A
Application number: CN201911101973.3A
Authority: CN
Inventors: 李丹; 徐甜
Original assignee: Ruisheng Communication Technology Changzhou Co Ltd
Current assignee: Ruisheng Communication Technology Changzhou Co Ltd
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2020-02-07
Also published as: WO2021093007A1

Abstract

本发明提供一种金属模板制备方法，该方法包括如下步骤:步骤S1、根据电铸金属的晶体类型、金属导电率及耐腐蚀性筛选出目标金属作为种子层的靶材，所述目标金属包括镍、铜、铑、银、铱及金；步骤S2、将所述靶材中的一种或几种放置于磁控溅射设备中，通过高功率脉冲磁控溅射方式在所述软模板的结构层表面上镀膜，形成所述种子层；步骤S3、将镀有所述种子层的软模板在电铸设备中电铸，制得所述金属模板。与相关技术相比，本发明金属模板制备方法的种子层结合力强且使软模板镀膜平滑。

Description

金属模板制备方法

技术领域

本发明涉及微纳加工领域，尤其涉及一种用于软模板电铸的金属模板制备方法。

背景技术

目前，纳米压印工艺应用越来越广泛。其中，软模板因具有透气性、可应用于曲面压印、母模板复制不会造成损伤、方便电铸脱模等优点在纳米压印工艺中得到广泛应用。

然而，软模板刚度较差，纳米压印过程中易损坏微纳结构，因此常常通过电铸复制出金属子模板，用于后续大批量压印工序。软模板电铸前需镀一层种子层，以方便后续电铸液中金属离子沉积。现有电铸种子层大部分是根据实验经验筛选，且可用的种类有限。此外，软模板属于高分子材料，不耐高温，且与种子层金属弹性模量和热膨胀系数相差较大，因而软模板镀种子层过程中往往存在与种子层结合力差、易产生裂纹、褶皱等问题。

因此，有必要提供一种新的制备方法来解决上述问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种种子层结合力强且使软模板镀膜平滑的金属模板制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属模板制备方法，运用于带结构层的软模板电铸，该方法包括如下步骤：

步骤S1、根据电铸金属的晶体类型、金属导电率及耐腐蚀性筛选出目标金属作为种子层的靶材，所述目标金属包括镍、铜、铑、银、铱及金；

步骤S2、将所述靶材中的一种或几种放置于磁控溅射设备中，通过高功率脉冲磁控溅射方式在所述软模板的结构层表面上镀膜，形成所述种子层；

步骤S3、将镀有所述种子层的软模板在电铸设备中电铸，制得所述金属模板。

更优的，所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S11、根据所述种子层与电铸金属的晶体类型筛选元素周期表中所有金属，得到第一备选纯金属，所述第一备选纯金属包括铝、镍、铜、铑、钯、银、铱、铂、金；

步骤S12、根据所述第一备选纯金属中的金属导电率筛选金属，使被选出的金属的导电率高于电铸金属的导电率，为第二备选纯金属，所述第二备选纯金属包括镍、铜、铑、银、铱及金；

步骤S13、将所述第二备选纯金属中符合电铸工艺中耐腐蚀性要求的金属筛选出，作为所述种子层的靶材，所述靶材包括镍、铜、铑、银、铱及金中的一种或多种。

更优的，所述靶材的金属包括镍、铜及银中的一种或多种。

更优的，所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S21、将所述靶材中的一种或多种金属放置于磁控溅射设备，通过预溅射所述软模板的结构层表面以清洁所述结构层表面；

步骤S22、通过高功率脉冲磁控溅射方法将所述靶材镀在所述结构层表面形膜，从而制得所述种子层。

更优的，在所述步骤S21之前还包括步骤S20：清洁所述软模板的结构层表面。

更优的，在所述步骤S20中，所述清洁为通过离子水超声清洗所述软模板的结构层表面，再通过气枪吹干，随后60℃烘烤30min。

更优的，清洁所述软模板的结构层表面至显微镜观察所述结构层表面无灰尘、脏污。

更优的，所述电铸金属为镍。

更优的，所述种子层厚度为20nm。

与相关技术相比，本发明的金属模板制备方法中包括步骤S1和步骤S2。步骤S1和步骤S2可以一步制备与电铸层结合优良的导电、耐腐蚀单层种子层，无需引入前、后处理工艺，因而使镀膜及电铸工序简单化，减少制备成本，缩短生产周期。

其中，步骤S1、根据电铸金属的晶体类型、金属导电率及耐腐蚀性筛选出目标金属作为种子层的靶材。更优的，步骤S2、将所述靶材中的一种或几种放置于磁控溅射设备中，通过高功率脉冲磁控溅射方式在所述软模板的结构层表面上镀膜，形成所述种子层。步骤S2通过高功率脉冲磁控溅射镀膜制备种子层。具体的，该步骤通过高能脉冲电源获得高密度等离子体，因而具有靶材离化率高、膜层均匀、致密性好、与基材结合力高等优点。此外，等离子体在磁场中需经过更长时间的反复碰撞，最后摆脱磁场束缚沉积至基体表面，因而沉积速率较慢，对基材的加热效果较弱，可以解决普通磁控溅射中软模板镀膜易产生裂纹和褶皱的问题。综合上述，采用金属模板制备方法制成的金属模板均使种子层结合力强且使软模板镀膜平滑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明金属模板制备方法的流程图；

图2为本发明金属模板制备方法的步骤S1的流程图；

图3为本发明金属模板制备方法的步骤S2的流程图；

图4为对照例中金属模板的表面的显微镜图；

图5为实施例中金属模板的表面的显微镜图。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请同时参阅图1-3，本发明提供一种金属模板制备方法，运用于带结构层的软模板电铸，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤S1、根据电铸金属的晶体类型、金属导电率及耐腐蚀性筛选出目标金属作为种子层的靶材，所述目标金属包括镍、铜、铑、银、铱及金。

所述种子层的所述靶材选择需同时满足以下三个原则：1.与电铸金属层具有较强的结合力；2.具有良好的导电性；3.优良的耐腐蚀性能。

为了满足所述靶材的三个原则，具体的，所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S11、根据所述种子层与电铸金属的晶体类型筛选元素周期表中所有金属，得到第一备选纯金属。在本实施方式中，所述电铸金属为镍(Ni)。所述第一备选纯金属需要选择与所述电铸金属为镍的结合力强的金属。而其中所述种子层金属与所述电铸金属镍的结合力根据种子层金属与电铸金属层Ni的晶体类型确定，筛选元素周期表中所有金属，得到所述第一备选纯金属包括铝(Al)、镍(Ni)、铜(Cu)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、铱(Ir)、铂(Pt)及金(Au)。

步骤S12、根据所述第一备选纯金属中的金属导电率筛选金属，使被选出的金属的导电率高于电铸金属的导电率，为第二备选纯金属。

在本实施方式中，所述种子层导电性的筛选则依据所述种子层金属的导电率。为保证良好的电流导通性，种子层的导电率至少要高于电铸金属镍。此外，铝在空气中易形成不导电的氧化膜，因而不满足导电性原则。因此，所述第一备选纯金属中的镍、铜、铑、银、铱及金符合要求，即所述第二备选纯金属包括镍、铜、铑、银、铱及金。

步骤S13、将所述第二备选纯金属中符合电铸工艺中耐腐蚀性要求的金属筛选出，作为所述种子层的靶材，

一般情况下，种子层耐腐蚀性参考金属在酸性溶液(视电铸液类型而定)中的耐腐蚀性。

在本实施方式中，所述第二备选纯金属的镍、铜、铑、银、铱及金均满足耐腐蚀性的要求。

综上，所述靶材包括镍、铜、铑、银、铱及金中的一种或多种。

更优的，由于符合镍电铸要求的金属有镍、铜、铑、银、铱及金，但实际应用中，铑、铱及金价格昂贵，作为所述靶材不具备经济性。故只选择镍、铜及银，即所述靶材的金属包括镍、铜及银中的一种或多种。

步骤S2、将所述靶材中的一种或几种放置于磁控溅射设备中，通过高功率脉冲磁控溅射方式在所述软模板的结构层表面上镀膜，形成所述种子层。

具体的，所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S20、清洁所述软模板的结构层表面。

在本实施方式中，所述清洁为通过离子水超声清洗所述软模板的结构层表面，再通过气枪吹干，随后60℃烘烤30min。具体的，清洁所述软模板的结构层表面至显微镜观察所述结构层表面无灰尘、脏污。

步骤S21、将所述靶材中的一种或多种金属放置于磁控溅射设备，通过预溅射所述软模板的结构层表面以清洁所述结构层表面。

在本实施方式中，所述种子层厚度为20nm。所述种子层具有与电铸层结合优良的导电、耐腐蚀的优点。使用所述种子层可以无需引入前、后处理工艺，因而使镀膜及电铸工序简单化，减少制备成本，缩短生产周期等效果。

所述步骤S2通过高能脉冲电源获得高密度等离子体，因而具有靶材离化率高、膜层均匀、致密性好、与基材结合力高等优点。此外，等离子体在磁场中需经过更长时间的反复碰撞，最后摆脱磁场束缚沉积至基体表面，因而沉积速率较慢，对基材的加热效果较弱，可以解决普通磁控溅射中软模板镀膜易产生裂纹和褶皱的问题。

所述金属模板制备方法和由该方法制造出来的所述金属模板均用到所述种子层避免了所述软模板镀膜易产生裂纹和褶皱的问题，从而使软模板镀膜平滑。

为了验证本发明所述金属模板制备方法的实施效果进行以一个对照例和一个实施例来验证。

本发明提供以下一个对照例和一个实施例进行说明，详见表1：

表1对照例和实施例的步骤情况

其中，具体为：

对照例

步骤1、将软模板用去离子水超声清洗，再用气枪吹干，随后60℃烘烤30分钟。重复清洗至显微镜观察表面清洁，也就是表面无灰尘、脏污等缺陷则进入步骤2。

步骤2、将镍(Ni)靶材放置于磁控溅射设备中，预溅射软模板表面，去除吸附的灰尘等脏污。

步骤3、磁控溅射镀镍(Ni)生成软模板上形成种子层，该种子层的膜层厚度20nm。

步骤4、将镀镍(Ni)的软模板在电铸设备中电铸，获得镍(Ni)的金属模板。

实施例

步骤3、高功率脉冲磁控溅射镀镍(Ni)生成软模板上形成种子层，该种子层的膜层厚度20nm。

对照例和实施例的区别分别为：对照例在步骤3采用普通的磁控溅射方式镀镍(Ni)；而实施例在步骤3采用高功率脉冲磁控溅射方式镀镍(Ni)。

请同时参阅图4-5，图4为对照例中金属模板的表面的显微镜图；图5为实施例中金属模板的表面的显微镜图。其中，镜头为Z250，放大倍数为1000倍。从图上可以看出，对照例中采用普通的磁控溅射方式镀镍(Ni)的镍(Ni)的金属模板的表面褶皱。而实施例中采用高功率脉冲磁控溅射方式镀镍(Ni)的镍(Ni)的金属模板的表面光滑。

通过上述对照例和实施例可以得出结论：应用所述金属模板制备方法制成的金属模板使软模板镀膜平滑。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种金属模板制备方法，运用于带结构层的软模板电铸，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的金属模板制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的金属模板制备方法，其特征在于，所述靶材的金属包括镍、铜及银中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的金属模板制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的金属模板制备方法，其特征在于，在所述步骤S21之前还包括步骤S20：清洁所述软模板的结构层表面。

6.根据权利要求5所述的金属模板制备方法，其特征在于，在所述步骤S20中，所述清洁为通过离子水超声清洗所述软模板的结构层表面，再通过气枪吹干，随后60℃烘烤30min。

7.根据权利要求6所述的金属模板制备方法，其特征在于，清洁所述软模板的结构层表面至显微镜观察所述结构层表面无灰尘、脏污。

8.根据权利要求1所述的金属模板制备方法，其特征在于，所述电铸金属为镍。

9.根据权利要求1所述的金属模板制备方法，其特征在于，所述种子层厚度为20nm。