JP4848494B2 - 金型の製造方法及び金型 - Google Patents

Description

本発明は、微細成型用の金型、特に化学分析や化学反応等を行う際に用いるマイクロ流体チップ等の成型用金型、及びその製造方法、及び該金型を用いて成型される成型品に関する。

マイクロ流体チップ等の微細成型用の金型の作製方法として、切削法、エッチング法、電鋳法等がある。
しかしながら、切削法により金属製金型を作製する場合には、エンドミルの加工寸法に限界があり、微細部分の加工ができない。

また、エッチング法には、ウェットエッチング加工、ドライエッチング加工があるが、ウェットエッチング加工では、マスキング部へのアンダーカットやサイドエッチングが発生するため、加工精度が低い。更に、加工面に微細な凹凸が発生し、精密な加工が行えない。一方、ドライエッチング加工では、微細部分でも加工精度が高いが、加工できる材料がシリコンなどに限定されるため、金型として用いる場合、金型としての強度不足が生じ、成型時に破壊される恐れがある。

また、所定のパターンを有する導電性基板をドライエッチングによって作製しためっき用母材を用いて金属製金型を作製する方法は、金型の強度不足は解決するが、作製工程におけるエッチング工程に長時間を必要とし、生産性に劣る。

電鋳法による金型の作製において、所定のパターンの形成方法として、導電性基板にフォトリソグラフィー法により感光性レジストで形成する方法がある。まず、基板上に感光性レジストを積層する。次に、該感光性レジストの表面に所定のパターンを有する露光マスクを配置し、この露光マスクを介して感光性レジストに紫外線等の光を照射する。次に、光が照射された感光性レジストの未感光部分または感光部分を現像にて除去し、所定のレジストパターンを得る。次に、レジストパターンにしたがって、通電による電解めっきにて金型を形成する。この後、金型から基板及び感光性レジストを除去する。このようにして金型を製造することができる。

しかしながら、この方法は加工精度に優れるが、所定のパターン部以外の領域がレジスト（不導体）であるため、レジスト全体を電鋳皮膜が被覆するまでのめっき時間が長くなり、生産性に問題がある。該問題を解決するために、感光性レジストでパターンを形成した後、感光性レジスト表面にスパッタや蒸着により導電性金属薄膜を形成し、電解めっきを行う方法も提案されている（特許文献１参照）。しかしこの方法は製造工程が増え、さらに薄膜を形成する装置を必要とする。
特開２００４−２５５６８０

本発明は、上記のような状況に鑑みて、加工精度に優れ、且つより簡略な工程で短い時間で作製できる精密成型用の金型及びその製造方法を提供することである。

即ち、微細成型用の金型の製造方法であって、
導電性基板上に感光性レジスト層を形成するステップと、
フォトリソグラフィー法を用いて所望のパターンを感光性レジストで形成するステップと、
導電性基板に電解めっきを施すステップを備え、電解めっきにより形成された電鋳皮膜を金型とする金型の製造方法において、
前記の感光性レジストで所望のパターンを形成する際に所望のパターン部以外の領域に電極用のパターンを形成し、
前記電解めっきにより前記所望のパターン上には微細成型に供する部分を形成し、
同時に前記電極用のパターン上には微細成型に供しない部分を形成することを特徴とする金型の製造方法、
及び前記製造方法により得られた金型である。

本発明により、フォトリソグラフィー技術を用い、所望のパターンとは独立に別の電極用パターンを設けることにより、レジストパターン部へ電鋳皮膜の被覆までに要する時間が短縮され、精密な金型をより簡略な工程で提供できる。

以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。図１は本発明の金型の１例の平面図と断面図である。図１の金型は幅１００μｍ、深さ５０μｍの液体が流れる曲線状の流路を有する成型品を作るための金型であり、Ａ’は流路に対応する部分、Ｂ’は電極パターン部に対応する部分、２ａ’は感光性レジストで形成されたパターンに対応する部分を示す。

図２は本発明の図１に示された金型を１ケ取りした場合の製造工程図であり、図２（ａ）に示すように、導電性基板１上に感光性レジスト層２を形成する。この導電性基板材料は、作製する金型の大きさ、及び金型の数によって異なるが、例えば、四角形でサイズは、２０〜６５０ｍｍ×２０〜５５０ｍｍ、厚さが１．０ｍｍ程度である。材質は、ステンレス鋼材、ニッケル、銅、鉄など、電解めっきができるもの（導電性）であれば特に限定されない。また、感光性レジスト２としては、例えば、ドライフィルムレジスト、液状レジスト等を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、該感光性レジスト２の膜厚は、金型面の凹部２ａ’の深さに合わせる。成型品である流路としての要求上、金型面には２５μｍ〜１００μｍの凹部の深さが必要であるが、これに限定されるものではない。

上記感光性レジスト層２の表面に露光マスク３を配置する。露光マスク３は透明或いは半透明の光透過性を有する透光板４の片面に、光が通過不可能な遮光膜５を設けて形成されるものである。透光板としては、例えば、厚み０．０５〜２ｍｍのＰＥＴフィルムやソーダガラス、石英などを用いることができる。また、遮光膜５は光を通過しないように形成すればよく、例えば、厚み０．５〜１００μｍでクロムなどを用いて形成することができる。本発明において、ネガ型の感光性レジストを用いた場合、金型の所望のパターンに対応する部分は所望のパターン状に遮光膜が設けられ、更に電極部に対応する部分にも電極パターン状に遮光膜が設けられる。

本発明においては、金型パターンと電極パターンはお互いに独立している。導電性基板に金型は１個であっても、複数設けてもよい。又、電極パターンは１個の金型内に１つ、又は複数設けてもよい。電極パターンの形状及び数はめっき速度に大きく影響する。最適な電極パターン形状及びその数は金型の形状及びその数によって異なり、他に悪影響が生じない範囲でめっき速度が速くなるように最適化すればよい。例えば、所望のパターンの両側に該パターンに沿って幅１００〜２０００μｍの領域及び金型の外周部に外周部を取り囲むように幅１００〜２０００μｍ領域を除いた領域を電極パターンとするのが好ましい。該幅が１００μｍを超えない場合は成型品を封止する際の封止領域が小さくなり、封止するのが難しくなったり、封止強度が弱くなり、信頼性に欠ける。一方、該幅か２０００μｍを超える場合はめっき速度が遅くなり好ましくない。

上記のように所望のパターンと電極パターンが形成された露光マスク３を、その遮光膜５側を導電性基板１の感光性レジスト面に密着させるようにして重ね合わせて配置した後、図２（ｂ）に矢印で示すように、露光マスク３側から紫外線等の光を照射する。すなわち、露光マスク３を介して感光性レジスト２に照射するものであり、これにより、光は遮光膜５に覆われていない部分３ａ（開口部）を通過して感光性レジスト２の光照射された部分のみが露光されて硬化する。

次に、感光性レジスト２の未硬化部分を現像により除去することによって、図２（ｃ）に示すように、導電性基板１の面に硬化した感光性レジスト部２ａにより所望のパターン部（流路に対応する部分）Ａと電極パターン部Ｂが形成されためっき用母材６を形成することができる。ドライフィルムレジストの未硬化部分を現像にて除去するに当たっては、炭酸ソーダ等のアルカリ性水溶液を用いることができる。

次に、このめっき用母材を金属めっき浴に浸漬して、通電による電解めっきを施すと、図２（ｄ）に示すように、めっき母材表面に金型７となる金属めっき膜が形成される。金属めっきの種類としては、ニッケル、ニッケル合金が挙げられる。ニッケルめっき膜を形成するための電解めっき液としては、例えば、スルファミン酸ニッケルを主成分とするめっき液を用いた場合、電流密度２〜５Ａ/ｄｍ^２で２０〜５０時間の通電し、厚み約０．５〜１．０ｍｍ程度のニッケルを析出させて電解めっきを行う。

最後に金型７となるめっき膜から導電性基板１及び硬化した感光性レジスト部２ａを除去すると、図２（ｅ）に示した本発明の金型７ができる。導電性基板がステンレス鋼材で形成されている場合には、導電性基板１と金型の間に棒状のものを入れて導電性基板を機械的に除去した後、感光性レジスト剥離材を用いて残存する硬化した感光性レジスト部２ａを剥離することができる。得られた金型７はめっき母材６の形状を反転させた形状となる。

本発明の微細成型用の金型は、例えば射出成型機に装着して、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等のプラスチックを射出成型機の金型に充填すると、本発明の成型品を作ることができる。更に、この成型品の上面をフィルムや樹脂板で封止し、流路の両末端部分の封止材に流入、流出用の穴を形成するとマイクロ流体チップとなる。前記チップの用途及び具体例としては、医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野等に於ける、診断、反応、分離、計測等に使用される。例えば、医療分野で使用される成型品は、その微細構造により、測定時間の短縮、サンプルの少量化、並列処理が可能であることから、病院の臨床検査科、ベッドサイト、手術室、診療所、在宅での臨床検査や診断に用いられる。

本発明によれば、精密成型用の金型をより簡略な工程で、且つ短時間に効率良く製造することができる。また本発明の金型を用いることにより、マイクロ流体チップ等の流路を有する成型品を好適に製造することができる。

本発明の金型の一実施様態を示す平面図、及び断面図。 本発明の金型の製造工程の一実施様態を示す断面図。

符号の説明

１．導電性基板
２．感光性レジスト
３．露光マスク
４．透光板
５．遮光膜
６．めっき母材
７．金型
２ａ．硬化した感光性レジスト部
２ａ’．硬化した感光性レジスト部に対応する部分
３ａ．開口部
Ａ．所望のパターン部（流路に対応する部分）
Ａ’．所望のパターンに対応する部分（流路に対応する部分）
Ｂ．電極パターン部
Ｂ’．電極パターン部に対応する部分

Claims (2)

1. 微細成型用の金型の製造方法であって、
   導電性基板上に感光性レジスト層を形成するステップと、
   フォトリソグラフィー法を用いて所望のパターンを感光性レジストで形成するステップと、
   前記導電性基板に電解めっきを施すステップを備え、
   電解めっきにより形成された電鋳皮膜を金型とする金型の製造方法において、
   前記の感光性レジストで所望のパターンを形成する際に所望のパターン部以外の領域に電極用のパターンを形成し、
   前記電解めっきにより、前記所望のパターン上には微細成型に供する部分を形成し、同時に前記電極用のパターン上には微細成型に供しない部分を形成することを特徴とする金型の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法により得られた金型。
   

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