[發(fā)明專利]一種干性粘合劑的制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010171719.3
• 申請(qǐng)日: 2010-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN101837946A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉世元;張鵬;呂皞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B82B3/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)的制作方法，具體涉及高深寬比微納層次結(jié)構(gòu)的制作方法，可用于制作一種高深寬比的微納層次結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)本身即為一種適應(yīng)不同表面又能輕易脫附的強(qiáng)效干性粘合劑。

背景技術(shù)

近年來MEMS器件廣泛應(yīng)用于航天航空、生物醫(yī)學(xué)、能源交通、科學(xué)儀器等各個(gè)領(lǐng)域，以MEMS器件安裝和固定為例的很多潛在應(yīng)用(如爬壁機(jī)器人、微操作、微裝配等)，迫切要求發(fā)展一種干性粘合劑，使得MEMS器件能牢固地粘附并能輕易地脫附于不同類型的物體表面。而目前廣泛應(yīng)用的粘合劑幾乎都是濕性粘合劑(如粘合膠帶、膠水)，存在易退化、易污染、自粘附、以及撕開后難以再次使用等缺點(diǎn)。

自然界中壁虎的超強(qiáng)粘附特性，為這種干性粘合劑的仿生設(shè)計(jì)與制作提供了極好的范例和啟示。壁虎毛的分級(jí)層次結(jié)構(gòu)，特別是其微米級(jí)剛毛/納米級(jí)絨毛的微納層次結(jié)構(gòu)，是保證壁虎毛既產(chǎn)生巨大粘附力又能適應(yīng)不同表面形貌并可輕易主動(dòng)脫附的關(guān)鍵，也為干性粘合劑的仿生設(shè)計(jì)與制作提供了極好的范例和啟示，本發(fā)明中的干性粘合劑即為仿壁虎毛的高深寬比微納層次結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種干性粘合劑的制作方法，克服了目前濕性粘合劑易退化、易污染、自粘附、以及撕開后難以再次使用等缺點(diǎn)，可制作出適應(yīng)不同表面形貌并能輕易脫附的全范德華力干性粘合劑。

本發(fā)明提供的一種干性粘合劑制作方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

(1)制作微米級(jí)硅母版；

(2)在微米級(jí)硅母版上制作微米級(jí)模具；

(3)在清洗后的硅晶圓襯底上旋轉(zhuǎn)涂上纖維陣列材料，接著在纖維陣列材料上放上微米級(jí)模具，加壓加熱，固化后取模，得到微米級(jí)纖維陣列；

(4)制作納米級(jí)硅母版：

將聚苯乙烯膠粒球，放入含十二烷基硫酸鈉的水溶液中，利用水的表面張力形成無序的單層膜，所述水溶液中十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量百分比濃度為4～6％，然后用硅晶圓將聚苯乙烯膠粒球撈起，待其在空氣中自然揮發(fā)干燥后進(jìn)行退火處理，使得硅晶圓表面形成一層聚苯乙烯膠粒球組成的薄膜；以氧氣為氣源對(duì)聚苯乙烯膠粒球進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，待聚苯乙烯膠粒球直徑等同所設(shè)計(jì)的納米纖維直徑時(shí)停止刻蝕，并以此時(shí)的PS膠粒球?yàn)檠谀ぃ褂肐CP刻蝕工具對(duì)硅晶圓進(jìn)行刻蝕得到納米級(jí)溝槽；刻蝕完成后將PS膠粒球退火處理后去除，得到納米級(jí)硅母板；

(5)在納米級(jí)硅母版上制作納米級(jí)模具；

(6)在納米級(jí)模具底部放置一層PDMS聚合物材料作為緩沖層，將其倒置于步驟(3)得到的微米級(jí)纖維陣列上，在8～12Pa壓力、110～130℃溫度下加熱4～6分鐘，再以9～11mm/s的速度取模，填充在納米級(jí)模具中的纖維材料被拉長，得到高深寬比的納米纖維陣列。

上述技術(shù)方案可以采用下述一種或幾種方式進(jìn)行改進(jìn)：

步驟(1)優(yōu)選的制作微米級(jí)硅母版過程為：

依據(jù)預(yù)先設(shè)定的微米級(jí)纖維陣列的直徑、間距制作出相應(yīng)的微米級(jí)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)掩膜板，然后使用光刻膠進(jìn)行光刻，顯影后使用電感耦合等離子刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度為所定纖維陣列長度，得到微米級(jí)硅母版。

步驟(1)更進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

在刻蝕工藝中引入刻蝕和鈍化的循環(huán)過程，期間在晶圓和溝槽的所有表面都覆蓋上一層C₄F₈，然后在離子能量的作用下去除溝槽底部的聚合物，加深溝槽深度，如此反復(fù)循環(huán)直到得到清晰的輪廓形貌。

步驟(2)優(yōu)選的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

將微米級(jí)硅母版通過蒸氣鍍的方式鍍上分離劑三氯硅烷，再將微米級(jí)模具材料聚二甲基硅氧烷倒在微米級(jí)硅母版上，在70～90℃下保持50～70分鐘后從微米級(jí)硅母板上剝離，得到微米級(jí)模具。

步驟(3)優(yōu)選的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

纖維陣列材料為含聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量百分比濃度為8％～12％，加壓壓力為10³～2×10³Pa，加熱溫度為140～160℃，加熱時(shí)間為50～70分鐘。

步驟(5)優(yōu)選的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

在納米級(jí)硅母版上旋轉(zhuǎn)涂覆納米級(jí)模具材料聚胺脂丙稀酯酸，并壓上一層柔性基底材料，柔性基底材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯薄膜或3M膠帶，在波長為250nm～400nm的紫外光下曝光25～35秒，待模具材料充分固化后將其從母版上剝離并修剪邊角，得到納米級(jí)模具。