CN1260557A - 非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法 - Google Patents

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Abstract

一种非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法,采用深层刻蚀、微电铸和微复制技术(DEM技术),利用感应耦合等离子体进行硅的深层刻蚀后获得硅微结构,并进行微结构侧壁绝缘保护,然后通过微电铸获得金属微复制模具,并在真空下进行模压或注塑,批量生产防伪标记。本发明具有加工周期短、价格低廉等优点,解决了加工材料的局限性,得到的三维微结构防伪标记,具有高深宽比的特征,技术含量高,不易仿制,有效保证正常的经济秩序。

Description

非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法
本发明涉及一种商品防伪标记、防伪证件的制造方法，同时又涉及一种先进的非硅三维微细加工技术应用的新领域，属于微电子技术或特殊印刷品技术领域。
在经济领域中，为维护生产厂家的权益，防止大量名牌产品被仿制假冒，人们采取了许多防伪措施，如纸张水印、油墨防伪、激光全息图象防伪等。这些防伪措施由于本身存在的一些缺陷，防伪效果有限，水印技术主要用于纸张防伪，油墨防伪技术需要特殊仪器才能进行检测，而激光全息图象防伪在国内已有400多家企业能生产，形成了规模，对于需要封闭、垄断、保持技术领先的防伪技术来说，显然已成问题。目前已有许多防伪标记被假冒的情况，因此出现了防伪标记本身必须防伪的新课题。
微电子技术的飞速发展，使人类进入了信息时代，由微电子技术发展起来的非硅三维微加工技术也逐渐成熟，广泛应用于微机械加工领域。其中80年代德国开发的LIGA(德文Lithographie，Galvanoformung和Abformung三个词的缩写，中文意思为光刻、电铸、和模铸)技术已用在对各种金属、陶瓷等材料进行微细加工，用于微传感器、微齿轮、微执行器等微机械器件的大批量生产。但LIGA技术存在光刻胶与基板的粘结问题，并需要昂贵的同步辐射X射线源进行X光深层光刻，获得高深宽比的光刻胶微结构后才能开展后续工艺，目前国内无合适的光源，因而限制了LIGA技术的研究应用。
《微细加工技术》1998年第4期发表的“DEM技术研究”中，介绍了一种全新的非硅三维微加工技术，用深层刻蚀工艺来代替同步辐射X光深层光刻，然后进行后续的微电铸和微复制工艺，此技术我们称为DEM(英文Deepetching，Electroforming和Microreplication三个词的缩写)技术，目前在微机械器件的生产方面已获较大进展，但这种技术含量高的方法尚未用在制作防伪标记方面，也没有见到有关这方面的报导。
本发明的目的在于利用现有的非硅三维微加工技术，提供一种先进的防伪标记制造方法，增加商品防伪标记的技术含量，使之不容易被仿制，进而有效地保证商品不被假冒，保护厂家利益，保证正常的经济秩序。
为实现这样的目的，本发明采用了深层刻蚀、微电铸和微复制技术(DEM技术)，利用感应耦合等离子体进行硅的深层刻蚀后获得硅微结构，然后将所获得的硅微结构经过电铸工艺后得到含有金属微结构的模具，利用该模具就可进行防伪标记的批量生产。
利用DEM技术生产防伪标记的具体工艺步骤如下；
1、在一氧化过的硅片上光刻出防伪标记的图形，利用反应离子刻蚀机刻出氧化硅图形，用感应耦合等离子体深槽刻蚀机刻出高深宽比硅微结构，其刻蚀速率为1.5～2.5μm/min，侧壁垂直度90°±0.3°，与二氧化硅的选择比为150∶1，使用的刻蚀气体为SF6，侧壁保护气体为C4F8，将含有微结构图形的硅片放入氧化炉中进行氧化，氧化层厚度为0.3～0.6μm，然后用反应离子刻蚀机将底部氧化硅去除，实现硅微结构侧壁的绝缘保护。
2、进行金属镍微电铸，电铸槽中的阳极放置金属镍，阴极放置需电铸的硅片，电镀液中含300～400g/l NiSO4，40～50g/l NiCl2，20～40g/l H3BO3；电铸温度45～65℃，电流密度为2.5～10A/dm2，微电铸厚度要达到6～10mm，电铸时间约为2～3周，用氢氧化钾溶液将硅腐蚀掉，获得由金属镍组成的微复制模具半成品，然后利用线切割设备将模具切割成所需的形状。
3、在真空下进行模压，真空度小于1mbar，模压温度为140～220℃，压力为5～20kN，脱模温度为40～150℃，脱模速度0.1～0.5mm/min。微复制技术既可应用模压技术，也可应用注塑技术，利用微复制技术可大批量生产由各种塑料，如聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)，聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(Nylon)、聚丙烯(PP)及有机玻璃(PMMA)等制成的防伪标记。
获得的塑料防伪标记还可通过溅射金属，使其表面产生金属光泽。
如果将模压后获得的塑料微结构再进行第二次微电铸，就可进行金属产品的批量生产。
将陶瓷粉末填充到塑料微结构中，经过烧结工艺后，就可获得含有陶瓷微结构的产品。
同LIGA技术相比，DEM技术加工极限为200μm，深宽比约为10～20，但因不需要昂贵的同步辐射X射线光源，不需要特制的X光掩模板，无光刻胶与基板的粘结问题，具有加工周期短、价格低廉等优点，可对非硅材料，如金属、塑料或陶瓷进行高深宽比三维微加工，解决了加工材料的局限性。
下面通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。
首先在一氧化过的硅片上光刻出防伪标记的图形，然后利用反应离子刻蚀机刻出氧化硅图形，利用英国STS公司生产的感应耦合等离子体刻蚀机刻出100μm厚的硅高深宽比微结构，刻蚀速率为2μm/min，刻蚀气体为SF6，侧壁保护气体为C4F8，将含有微结构图形的硅片放入氧化炉中进行氧化，氧化层厚度为0.5μm，然后用反应离子刻蚀机将底部氧化硅去除。
紧接着进行金属镍电铸，电镀液中含330g/l NiSO4、45g/l NiCl2、30g/lH3BO3，电铸温度50℃，电流密度为5A/dm2；电铸厚度为8mm，电铸时间为18天，用30％氢氧化钾溶液将硅腐蚀掉，获得金属模具半成品，然后利用线切割设备将获得的半成品金属模具切割成所需的20×40mm2的模具，内含50个防伪标记图形，该防伪标记面积为4×4mm2，内含各种线宽小至5μm，高100μm的微结构，含有公司名称、商标、产品名称及防伪标记检测图形等。模压在真空下进行，真空度＜1mbar，采用德国JENOPTIK公司生产的真空热压系统，模压材料为聚碳酸酯(PC)，模压温度为200℃，压力为10kN，脱模温度为140℃，脱模速度为0.2mm/min；金属铜溅射利用Heraeus公司的磁控溅射设备，溅射厚度为0.2μm，用切割机切割开，获得50个4×4mm2的防伪标记。
本发明采用先进的非硅三维微加工技术生产防伪标记，将此技术运用到一个新的领域，产生了意料不到的显著效果。本发明提供的三维微加工技术(DEM技术)生产的三维微结构具有高深宽比的特征，技术含量高而别人无法仿制，并可进行大批量生产。本发明的产品可直接用于商品防伪，也可将最后经模压产生的防伪标记作为底板，制作防伪证件、防伪证券、防伪证卡等。将本发明技术应用于产品生产线中，可在产品中增加一道防伪功能。

Claims (5)

1、一种非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法，其特征在于利用了深层刻蚀、微电铸和微复制技术(DEM技术)，工艺步骤如下：
在一氧化过的硅片上光刻出防伪标记的图形，利用反应离子刻蚀机刻出氧化硅图形，用感应耦合等离子体深槽刻蚀机刻出高深宽比硅微结构，刻蚀速率为1.5～2.5μm/min，侧壁垂直度90°±0.3°，刻蚀气体为SF6，侧壁保护气体为C4F8，经过氧化后的氧化层厚度为0.3～0.6μm，然后将底部氧化硅去除，实现硅微结构侧壁的绝缘保护；
进行微电铸，电铸厚度达6～10mm，电铸时间为2～3周，将硅腐蚀掉并经过切割获得微复制模具；
在真空下进行模压，模压温度为140～220℃，压力为5～20kN，脱模温度为40～150℃，脱模速度为0.1～0.5mm/min。
2、一种如权利要求1所说的非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法，其特征在于所说的微复制技术还可应用注塑，可以采用聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)及有机玻璃(PMMA)等材料。
3、一种如权利要求1或2所说的非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法，其特征还在于所获得的塑料防伪标记再通过溅射金属，使其表面产生金属光泽。
4、一种如权利要求1所说的非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法，其特征在于将模压后获得的塑料微结构再进行第二次微电铸，制成金属防伪产品。
5、一种如权利要求1所说的非硅三维微加工技术制造防伪标记的方法，其特征在于在模压后获得的塑料微结构中填充陶瓷，烧结后制成含有陶瓷微结构的防伪产品。
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