[發明專利]一體化微柱陣列金屬模具的制作方法及其金屬模具

在審

• 申請號: 202110634098.6
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113502510A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 陳輝;吳大林;蘇辰宇;何旭;吳靖軒;談曉峰;鄧志國;劉強;劉東明;劉華棟
• 申請（專利權）人: 北京保利微芯科技有限公司
• 主分類號: C25D1/10
• 分類號: C25D1/10;B29C33/38
• 代理公司: 北京漢鼎理利專利代理事務所(特殊普通合伙) 11618
• 代理人: 潘滿根

本發明提供一種一體化微柱陣列金屬模具的制作方法及其金屬模具，其中制作方法，包括如下步驟：在光潔的玻璃上旋涂光刻膠，放置掩模版對光刻膠進行曝光、后烘，再將后烘的光刻膠在顯影液中進行顯影，最終得到微坑陣列膠膜結構；通過原子層沉積，在微坑陣列膠膜結構的側壁和底部制作形成導電金屬層，將帶有導電金屬層的膠膜結構放入盛有電鑄液的容器中；通過脈沖電鑄工藝對微坑陣列膠膜結構進行電鑄，將電鑄出的金屬模具與玻璃基片剝離得到一體化金屬模具。本發明的制作方法解決了電鑄過程中由于高深寬比微坑陣列結構的盲孔中電鑄液流動性差、電鑄液中鎳離子交換不充分等導致微結構生長不完整的問題。

技術領域

本發明屬于微制造技術領域，具體涉及一種一體化微柱陣列金屬模具的制作方法及其金屬模具。

背景技術

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)器件的廣泛應用前景使多種微加工技術蓬勃發展，例如微納光柵在微光學器件、太陽能電池、微光機電系統、光學精密測量等領域中具有巨大的潛在應用價值；此外，具有微米及納米級結構的元器件的潛在應用越來越廣泛，這些元器件一般都是由聚合物注塑制成的，因此能夠制造出表面具有微米及納米級結構的金屬模具極其重要。在實際應用中，許多MEMS器件都需要高深寬比結構，同時還要求側壁陡直，高深寬比金屬模具的加工目前存在著前所未有的挑戰，尤其高深寬比微坑陣列結構金屬的填充也是一個巨大的挑戰。專利文獻(CN105603468A)公開了一種在金屬鎳基底上制備高密集微細鎳圓柱陣列的方法，其在金屬鎳基底上通過兩次勻膠、曝光及超聲顯影等工藝制備SU-8膠膜，再采用無背板工藝在鎳基底上直接進行圓柱陣列的電鑄，但是這種方法會存在金屬基底與金屬微柱結合力較差等問題。

對于高深寬比微坑陣列膠膜結構，濺射和蒸鍍工藝都不能很好地解決金屬導電層在膠膜結構側壁和底部的均勻附著。在電鑄過程中，己知的基于自底向上電鍍的通孔填充技術所達到的深寬比普遍低于50：1，且直流電鑄時陰極極限電流密度較小，電化學極化程度較低，導致金屬層晶粒粗大、致密度比較差，且不利于沉積層性能的提高，光膠圖形的間隙難以用金屬鎳完全填充，即電鍍的金屬鎳不能將光膠層完全覆蓋住。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于提供一種一體化微柱陣列金屬模具的制作方法及其金屬模具，采用脈沖電鑄工藝解決了電鑄過程中由于高深寬比微坑陣列結構的盲孔中電鑄液流動性差、電鑄液中鎳離子交換不充分等導致微結構生長不完整的問題，同時也解決了金屬層晶粒粗大、致密度較差的問題。

為了解決上述問題，本發明提供一種一體化微柱陣列金屬模具的制作方法，包括如下步驟：

玻璃基片預處理：將玻璃基片清洗干凈、烘箱烘干，使用等離子體、氧氣清洗，室溫冷卻后等待涂膠；

膠膜結構的制備：在玻璃上旋涂光刻膠，放置掩模版對光刻膠進行曝光、后烘，再將后烘的光刻膠在顯影液中進行顯影，最終得到微坑陣列膠膜結構；

導電層的制備：通過原子層沉積，在微坑陣列膠膜結構的側壁和底部制作形成導電金屬層，將帶有導電金屬層的膠膜結構放入盛有電鑄液的容器中；

微電鑄：通過脈沖電鑄工藝對微坑陣列膠膜結構進行電鑄，將電鑄出的金屬模具與玻璃基片剝離得到一體化金屬模具；

去膠：對得到的一體化金屬模具去膠處理，得到一體化微柱陣列金屬模具。

優選地，脈沖電鑄工藝條件為電流2～5A、頻率2～8Hz、正/負脈沖占空比-2％～-8％。

優選地，在導電層的制備步驟之后，微電鑄步驟之前還包括：

抽真空：將放入帶有導電金屬層的膠膜結構的盛有電鑄液的容器放入真空裝置進行抽真空處理。

優選地，真空裝置設置真空度為10^-2Pa～10^-3Pa，時間為10～30min。

優選地，導電金屬層為鎳、鉻之一。