[發(fā)明專利]一種圖案化金屬薄膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810874210.1
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109179312B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王清;鄭旭;欒金津;王寧
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;B81C1/00;C23C14/16;C23C14/24;C23C14/58
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 邵朋程

本發(fā)明公開了一種圖案化金屬薄膜的制備方法，包括以下步驟：(1)使用真空蒸鍍技術(shù)在硅基片表面鍍一層金屬薄膜；(2)在金屬薄膜表面旋涂一層紫外光膠；(3)使用光刻技術(shù)使紫外光膠固化，然后使用顯影液去除未固化的紫外光膠；(4)將預聚物倒在樣品表面，在負壓的條件下使其固化并與裸露的金屬薄膜緊密的結(jié)合在一起；(5)將聚合物薄膜從硅基片上垂直剝離，使圖案化的金屬銀薄膜從硅基片表面轉(zhuǎn)移到PDMS薄膜表面。本發(fā)明可提高制備過程的可控性，提高圖案化的精度，使制備過程簡單易行；減少化學試劑的使用，減少化學廢料的產(chǎn)生，使制備過程更加環(huán)保，實驗人員操作環(huán)境更加健康；減少制備所需的試劑，使成本降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)變傳感材料領(lǐng)域，具體地說是涉及一種圖案化金屬薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

應(yīng)變傳感器已應(yīng)用到許多工業(yè)系統(tǒng)中，如觸摸屏、真空儀器的氣壓監(jiān)視器和飛機的大氣壓監(jiān)視器等，所有這些都需要能夠感知壓力產(chǎn)生應(yīng)變并將其轉(zhuǎn)換成電信號。并且，應(yīng)變傳感器已擴展應(yīng)用到可穿戴電子設(shè)備和生物醫(yī)學設(shè)備，推進了可穿戴、生物相容和可植入設(shè)備的發(fā)展。

而在這些應(yīng)用中，大都采用無彈性的應(yīng)變傳感材料，這種傳感材料即使在其表面施加很高的壓力，材料的應(yīng)變也很小進而使傳感系統(tǒng)敏感度不足。此外，使用層間堆疊粘合材料使應(yīng)變材料厚度較大，進一步降低了傳感的靈敏度。為了提高傳感系統(tǒng)敏感度，目前，應(yīng)變傳感材料逐漸采用圖案化金屬薄膜。

現(xiàn)有的圖案化金屬薄膜的制備方法為濕法刻蝕法，而這種方法需要進行兩次濕法刻蝕完成金屬薄膜的圖案化，制備過程不僅繁瑣可控性低，容易出現(xiàn)圖案缺陷，而且產(chǎn)生較多化學廢料不利于環(huán)保。下面對現(xiàn)有濕法刻蝕法的工藝步驟以及其存在的問題進行較為系統(tǒng)的說明。

現(xiàn)有濕法刻蝕法制備圖案化金屬薄膜的步驟如下：

(1)在聚酰亞胺薄膜(PI)旋涂銀納米線，然后加熱處理使溶液蒸發(fā)，在PI表面留下一層金屬銀薄膜；

(2)在金屬銀薄膜表面旋涂一層紫外光膠(AZ GX-601)；

(3)使用光刻系統(tǒng)，導入要制備的圖案作為掩模板，然后在紫外光的照射下使紫外光膠固化，之后使用顯影液(化學試劑，弱堿溶液)洗掉未固化的紫外膠，得到與掩模板相同的圖案(即固化紫外膠的圖案)；

(4)使用鉻刻蝕劑(化學試劑，酸性溶液)刻蝕掉裸露的金屬銀薄膜和固化的紫外光膠，得到圖案化的金屬銀薄膜；

(5)在表面旋涂一層聚合物薄膜(這里選擇性很多，如PDMS、PVA)，并使之固化；

(6)通過轉(zhuǎn)移，得到圖案化的金屬銀薄膜。

顯然，這是一個純化學法制備圖案化金屬薄膜的方法，需要進行兩次濕法刻蝕，得到圖案化的金屬銀薄膜。

該方法所存在的缺點系統(tǒng)闡述如下：

(1)在濕法刻蝕過程中，“使用鉻刻蝕劑(化學試劑，酸性溶液)刻蝕掉裸露的金屬銀薄膜和固化的紫外光膠”，是對固化的紫外光膠和金屬銀薄膜進行同步刻蝕，但是同種刻蝕劑對不同材料的刻蝕速率是不同的，兩層薄膜的厚度對是否能夠成功刻蝕也有很大影響，在刻蝕過程需要嚴格控制刻蝕劑的溶度和反應(yīng)時間。因此使金屬薄膜的圖案化過程可控性低，圖案精度難以控制，容易產(chǎn)生圖案缺陷，而且隨著特征尺寸的減小，誤差會越來越大，因此極容易產(chǎn)生圖案缺陷。

如圖1所示，圖案缺陷可以分成以下四種情況：情況一(圖1a)：紫外光膠被完全刻蝕，金屬薄膜未完全刻蝕，轉(zhuǎn)移金屬薄膜后，表面薄膜相連無法形成圖案；情況二(圖1b)：紫外光膠未被完全刻蝕，金屬薄膜被完全刻蝕，轉(zhuǎn)移金屬薄膜后，基底和金屬薄膜之間會有光膠殘留，影響其性能；情況三(圖1c)：過度刻蝕，如果金屬薄膜和紫外光膠被刻蝕完全后，繼續(xù)進行刻蝕，刻蝕劑會像兩邊擴散，使圖案破壞；情況四(圖1d)：如果紫外光膠被刻蝕完全后，直接停止刻蝕，可能金屬薄膜會出現(xiàn)未完全刻蝕現(xiàn)象，同樣會影響圖案質(zhì)量。