[發明專利]單光子和多光子可聚合的陶瓷前體聚合組合物

有效

• 申請號: 200580045336.9
• 申請日: 2005-12-27
• 公開（公告）號: CN101124520A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 大衛·S·阿尼;白峰;羅伯特·J·德沃;凱瑟琳·A·萊瑟達勒
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: G03F7/075
• 分類號: G03F7/075;B29C67/00;C08G77/452;C08G77/54;C08F283/12;C08L83/16
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 郭國清;樊衛民

技術領域

本發明涉及含有聚硅氮烷或聚硅氧氮烷的組合物，其用于提供例 如高溫電子器件、電訊和生物應用用的陶瓷基微結構。

背景技術

陶瓷材料是眾所周知的，并由于一些異常的性能如高模量、硬度、 高溫穩定性和耐化學品性而廣泛用于不同應用。然而，它們也很重、 很脆并難于處理。另一方面，有機聚合物是堅韌、柔性、輕質的，并 易于制造；低模量和相對低分解溫度是其主要缺點。陶瓷前體 (pre-ceramic)聚合物技術的出現是制造同時具有聚合物和陶瓷的優點 并使缺點最小的材料的有前途方法。

此外，對于諸如微電子器件和微電機系統(MEMS)的應用，需要產 生微米尺寸(或更小)的陶瓷結構的新方法。特別受到挑戰的領域是產生 三維(3D)陶瓷結構。在這些應用領域中極難使用傳統陶瓷技術。陶瓷前 體聚合物針對這些要求提供了獨特的性能。

已經許多聚合物如聚硅氮烷可用作陶瓷前體，已經報道了它們用 于制造陶瓷結構的用途。已經證實了使用LIGA(German?Lithographie， Galvanoformung，and?Abformung，x光微影)方法通過熱解聚(乙烯基硅 氮烷)可以形成微型陶瓷結構，包括深度X-射線蝕刻、電鑄和塑料成型。 關于可注射的聚合物-前體技術已有詳細說明；還公開了使用聚硅氮烷 制造高溫MEMS的微鑄型方法。然而，所有這些技術都涉及到復雜和 耗時的處理。

光聚合提供了一種構造固體微結構的可選擇路徑。光聚合技術提 供了直接圖案形成能力、獨立式結構和有成本效益的處理。通過逐層 方法如立體蝕刻，光聚合技術可以制造三維結構。已經嘗試使用自由 基引發的液體聚硅氮烷的光聚合來產生陶瓷微結構；然而，觀察到低 的光聚合速度。

單光子聚合技術已經用于形成圖案化的陶瓷前體聚合物微結構， 其中使用了包括聚硅氮烷的硫醇-烯化學。聚合物納米復合體的兩光子 聚合已用于使3D氧化硅微結構圖案化。

概述

簡而言之，本發明提供一種單光子或多光子反應性組合物，其包 括：

a)液體聚硅氮烷前體，

b)多官能的丙烯酸酯添加劑，和

c)單光子或多光子光固化組合物。

在優選的實施方案中，本發明提供一種單光子或多光子反應性組 合物，其包括：

a)液體聚硅氮烷前體，

b)多官能的丙烯酸酯添加劑，

c)單光子或多光子光固化組合物，優選包括下述之一或二者：

i)單光子光固化組合物，和

ii)多光子光固化組合物，包括至少一種多光子光敏劑和任選 地電子受體和電子給體之一或二者。

優選地，所述多光子光敏劑其兩光子吸收截面積至少為熒光素的 1.5倍。

在本發明的另一個方面中，本發明提供一種制造陶瓷前體聚合物 或陶瓷(優選是微結構化的)的方法，所述方法包括：

a)提供一種多光子反應性組合物，其包括：

i)液體聚硅氮烷前體，

ii)多官能的丙烯酸酯添加劑，

iii)多光子光固化組合物，包括至少一種多光子光敏劑和任選 地電子受體和電子給體之一或二者，

b)用足夠光成像性地照射所述組合物(優選地，具有微結構化的圖 案)以使所述組合物至少部分反應，

c)任選地，除去至少部分反應的組合物的多光子溶解部分(優選 地，以提供一種微結構化的陶瓷前體聚合物)，和

d)任選地，使至少部分反應的組合物的任何殘留部分(如果未進行 除去，那么可以是全部的所述至少部分反應的組合物)在高溫下足夠時 間，以至少部分熱解聚硅氮烷(優選地，以提供一種微結構化的陶瓷)。

這種方法的優點在于，可以在一次曝光步驟中使聚硅氮烷材料三 維(3D)微結構化。此外，這種方法提供一種與沒有多官能的丙烯酸酯添 加劑的組合物相比具有改進的多光子光敏性以及較高交聯密度的組合 物。這種方法不需要模具就可制造陶瓷微結構，特別適用于復雜布局 的結構。此外，通過這種方法，陶瓷結構可以加到部分完成的制品中。

在另一個方面中，本發明提供一種制造陶瓷前體聚合物或陶瓷(優 選是微結構化的)的方法，所述方法包括：

a)提供一種單光子反應性組合物，其包括：