專利名稱：一種聚二甲基硅氧烷陣列微孔薄膜制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聚二甲基硅氧烷(PDMS)陣列微孔薄膜制備方法，屬于微機電制造系統(tǒng)(MEMS)領域。
背景技術：
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是有機硅材料中的一種，是一種無色透明的彈性高分子聚合物，通常它是由PDMS預聚體和固化劑按照一定的體積比(質量比)混合并聚合而成。它具有很強的親有機性能和疏水性能，同時具有良好的絕緣性、化學穩(wěn)定性、耐熱耐寒性和耐腐蝕性，無可燃性，無毒無污染，適合加工各種生化反應芯片，具有很高的生物兼容性和氣體通透性，可用于細胞培養(yǎng)，同時彈性模量低，使用方便，對圖形復制性好，具有很好的自閉性，廣泛應用于MEMS中的微接觸壓印、微流體圖形化、模板輔助構圖等技術中，尤其在生物芯片和分析化學的微芯片實驗室中的應用更為廣泛。PDMS微孔薄膜也被廣泛應用于多層微流體通道和細胞篩選培養(yǎng)。在微細電化學加工領域PDMS微孔薄膜也可以作為絕緣層來控制電解加工區(qū)域，進行微織構電解加工。PDMS芯片主要通過模塑法進行大批量注塑制備，以降低制作成本，但傳統(tǒng)以硅工藝制作硅模具，或以LIGA (或UV-LIGA)工藝制作金屬模具，模具制作仍然存在工藝復雜、成本高等問題。近幾 年也出現(xiàn)了以光刻膠結構為模具復制PDMS芯片的方法，取得了良好的制作效果。模具材料通常為SU-8負性固態(tài)光刻膠。文獻報導的PDMS陣列微孔薄膜的制作方法主要有:
O 方定涂法(Spin-coating) (M A.Unger, H.Chou, T.Thorsen, A.Scherer andS.Quake, Science 288，113-16 (2000).)，此方法直接將PDMS膠旋涂于SU-8膠微細群柱模具上面，保證膠層低于群柱的高度或者旋涂之后直接用外接壓力將柱體上部的膠體去除，但通常情況下總有一層PDMS膠固化在模具上面導致盲孔產(chǎn)生，為去除這層不需要的膠膜，需要進行等離子刻蝕、反應離子刻蝕和濕法刻蝕。該方法需要旋涂儀、刻蝕機等設備，導致成本高，制備步驟復雜；
2)毛細微模塑法(Micro-molding in capillaries) (Jongchan Choi, Kyeong-HwanLee and Sung Yang, J.Micromech.Microeng.21(2011) 097001 (8pp))。此方法首先需要依托SU-8膠模具制作PDMS微細群柱結構模板，由于PDMS之間存在脫模困難的問題，需對PDMS模板表面進行常壓頻射等離子體處理，以防止模具與膠體粘連保證順利脫模，最后根據(jù)毛細現(xiàn)象進行PDMS膠體注塑形成薄膜，其缺點是成本高，制備步驟復雜，需要進行表面處理，制作的薄膜尺寸小，重復性不好，仿制精度有限。其缺點限制了這些方法的廣泛應用。顯然，發(fā)展簡單、快速和低成本以及大面積的PDMS陣列微孔薄膜的制作方法很有必要。
發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種采用PDMS材料制備陣列微孔薄膜的制備方法以及相應的裝置。一種聚二甲基硅氧烷陣列微孔薄膜制備方法，其中該薄膜厚度為50-500 μ m，其特征在于包括以下步驟:
步驟1、模具下基底預處理:運用勻膠臺在模具下基底表面均勻旋涂一層厚度為1-5μπι的SU-8-2005光刻膠形成預處理薄膠層，之后進行前烘、全曝光、后烘；
步驟2、微細群柱結構制備:根據(jù)所需薄膜的厚度選擇對應的SU-8光刻膠，將SU-8光刻膠旋涂在步驟I中經(jīng)過預處理的模具下基底表面，在勻膠臺上勻膠，之后進行前烘、掩模曝光、后烘和顯影，形成SU-8微群柱結構；
步驟3、微群柱通道模具制作:在模具上基底表面旋涂一層1-5 μ m厚的SU-8-2005光刻膠作為結合膠，并將具有SU-8微群柱結構的模具下基底倒放至模具上基底，確保SU-8微群柱結構柱體頂端與模具上基底連接，并將膠烘干形成微細群柱通道模具；
步驟4、倒膠:將微細群柱通道模具放入制膜容器內，并倒入PDMS材料和PDMS固化劑配制的PDMS膠；
步驟5、注模:將盛有PDMS膠的制膜容器放入真空箱內抽真空，使模具內部處于真空狀態(tài)，當真空度達到IOPa之后卸壓，由于模具內部的真空作用，使得模具內部與外界產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下PDMS膠填充滿微群柱通道完成注模；
步驟6、膠體固化:將步驟5中制膜容器放入干燥箱內保持75 ±5°C至PDMS膠固化完
全；
步驟7、脫模:將模 具上基底與固化的PDMS膠分離，將模具下基底連同SU-8微群柱結構一起與固化的PDMS膠分離形成微孔，完成聚二甲基硅氧烷陣列微孔薄膜制備。PDMS陣列微孔薄膜的制作裝置，包括:真空泵、真空箱、制膜容器、微細群柱通道模具、干燥箱，其特征在于:微細群柱通道模具包括用于形成微細群柱通道的微細群柱，還包括上蓋表面的低粘度膠。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、對模具下基底進行薄膠預處理，此處理適用于金屬、硅片等基底，提高了 SU-8膠與下基底的結合力，從而保證顯影過程中微細群柱結構的完整性，有利于制備大面積微孔薄膜。2、本發(fā)明采用光刻膠作為結合膠。一方面，可以用旋涂法涂膠，保證結合膠厚度的均勻性，從而保證制作薄膜厚度均勻；另一方面，結合膠能夠與SU-8微群柱結構頂部粘結，從而保證制作的薄膜微孔具有較高的通孔率。3、可以根據(jù)不同的薄膜厚度，旋涂不同厚度的SU-8膠，制備相應高度的SU-8微群柱結構，從而制備對應厚度的微孔薄膜，制作方法簡單、可行。
圖1陣列微孔薄膜制作抽真空裝置示意 圖2微細群柱通道模具結構 圖3 SU-8膠微群柱三維示意 圖4 PDMS陣列微孔薄膜示意 其中標號名稱:1、真空箱，2、真空計，3、真空泵，4、制膜容器，5、微細群柱通道模具，6、PDMS膠，7、模具上基底，8、結合膠，9、SU-8微群柱結構，10、預處理薄膠層，11、模具下基底
具體實施例方式下面結合附圖具體說明本發(fā)明裝置實施陣列微孔薄膜的制作方法: 步驟1、模具下基底11預處理。運用勻膠臺在模具下基底11表面均勻旋涂一層5微米厚SU-8-2005光刻膠，之后進行前烘、全曝光、后烘形成預處理薄膠層10以提高SU-8微柱體與基底的結合力；
步驟2、微細群柱結構制備。將SU-8-2100光刻膠旋涂在步驟I中經(jīng)過預處理的模具下基底11表面，在勻膠臺上勻膠，之后進行前烘、掩模曝光、后烘和顯影，形成SU-8微群柱結構9，如圖3所示；
步驟3、微細群柱通道模具制作。在模具上基底7涂一層5微米厚度的結合膠8，并將具有微細群柱結構的模具下基底11倒放至模具上基底7，確保柱體頂端與上基底連接，并將膠烘干形成微細群柱通道模具，如圖2所示；
步驟4、倒膠。將模具放入制膜容器4內，并倒入PDMS材料和PDMS固化劑按1:1配制的 I3DMS 膠 6 ；
步驟5、注模。將盛有PDMS膠的制膜容器4放入真空箱I內抽真空，使模具內部處于真空狀態(tài)，當真空度達到IOPa之后卸壓，由于模具內部的真空作用，使得模具內部與外界產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下PDMS膠填充滿微細群柱通道完成注模，如圖1所示；
步驟6、膠體固化。將步驟5中制膜容器放入干燥箱內保持75±5°C至PDMS膠體固化完全;
步驟7、脫模。將上下基底7、11與固化的PDMS膠分離完成微孔薄膜制備。
權利要求
1.一種聚二甲基硅氧烷陣列微孔薄膜制備方法，其中該薄膜厚度為50-500 μ m，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、模具下基底預處理:運用勻膠臺在模具下基底(11)表面均勻旋涂一層厚度為1-5 μ m的SU-8-2005光刻膠形成預處理薄膠層(10)，之后進行前烘、全曝光、后烘； 步驟2、微細群柱結構制備:根據(jù)所需薄膜的厚度選擇對應的SU-8光刻膠，將SU-8光刻膠旋涂在步驟I中經(jīng)過預處理的模具下基底(11)表面，在勻膠臺上勻膠，之后進行前烘、掩模曝光、后烘和顯影，形成SU-8微群柱結構(9)； 步驟3、微群柱通道模具制作:在模具上基底(7)表面旋涂一層1-5 μ m厚的SU-8-2005光刻膠作為結合膠(8)，并將具有SU-8微群柱結構(9)的模具下基底(11)倒放至模具上基底(7 )，確保SU-8微群柱結構(9 )柱體頂端與模具上基底(7 )連接，并將膠烘干形成微細群柱通道模具； 步驟4、倒膠:將微細群柱通道模具放入制膜容器(4)內，并倒入PDMS材料和PDMS固化劑配制的PDMS膠(6)； 步驟5、注模:將盛有PDMS膠的制膜容器(4)放入真空箱(I)內抽真空，使模具內部處于真空狀態(tài)，當真空度達到IOPa之后卸壓，由于模具內部的真空作用，使得模具內部與外界產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下PDMS膠填充滿微群柱通道完成注模； 步驟6、膠體固化:將步驟5中制膜容器(4)放入干燥箱內保持75±5°C至PDMS膠固化完全; 步驟7、脫模:將模具上基底(7)與固化的PDMS膠分離，將模具下基底(11)連同SU-8微群柱結構(9)一起與固化的PDMS膠分離形成微孔，完成聚二甲基硅氧烷陣列微孔薄膜制 備。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚二甲基硅氧烷陣列微孔薄膜制備方法，屬微機電制造領域。該方法包括步驟1、在模具下基底(11)表面涂一層SU-8-2005光刻膠形成預處理薄膠層(10)；步驟2、將SU-8光刻膠涂在經(jīng)過預處理的模具下基底(11)表面形成SU-8微群柱結構(9)；步驟3、微群柱通道模具制作；步驟4、將微細群柱通道模具放入制膜容器(4)內并倒入PDMS膠(6)；步驟5、利用抽真空的方式，使PDMS膠填充滿微群柱通道完成注模；步驟6、膠體固化；步驟7、將模具上基底(7)、下基底(11)與固化的PDMS膠分離。本發(fā)明制備的微孔薄膜用于電解加工可以顯著提高掩膜電解加工的定域性和微細尺度加工能力。
文檔編號B81C1/00GK103231518SQ20131009253
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權日2013年3月22日
發(fā)明者李寒松, 陳曉磊, 曲寧松, 朱荻 申請人:南京航空航天大學