基于光敏印章印刷的微制造方法及其应用研究

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作为微机电系统(MEMS)技术的核心,微制造技术一直是学术界的研究热点和工业界的研发重点。目前主流的微制造技术主要有如下几种:光刻、化学刻蚀、LIGA、热压印、纳米压印、软刻蚀/微接触印刷和微机加工,每种方法各有其适用领域。进行MEMS相关产品开发时,需要经历反复迭代的过程,时间跨度长,研发人员希望能尽快得到所设计出的具体产品,以便后续的分析测试。但是适合大批量生产的光刻技术成本昂贵,使得反复迭代设计代价过高,而若使用依赖模版复制的微制造技术,又因为原始模版仍依赖光刻技术,模版本身的制造将导致产品迭代速度放缓,因此寻找一种模板制造更为便捷、成本更为低廉的微制造方法具有重要意义。基于此,本文提出了光敏印章印刷的微制造方法,使用日常生活中的光敏印章垫材料来快速制造所需模版,可作为软刻蚀、微浇注等工艺的复制模版。该方法首先利用三维软件设计微结构图案,得到掩模,其次将光敏垫和掩模上一齐放入光敏印章机中进行曝光,曝光后,与掩模图案相反的微结构便会传递至光敏印章。以该方法的工艺研究和实际应用为核心,本文的工作主要围绕以下内容展开:一、可行性验证与原理分析。验证了光敏印章印刷工艺用于微结构快速制造的可行性,并从原理上进行分析解释。首先讨论光敏印章中常用的掩模材料及其分别适用的场合;其次,针对曝光能量和曝光次数两大工艺参数进行单因素试验,对曝光效果的影响进行了研究和优化。二、跨尺度多级微结构的快速嵌套加工。跨尺度多级微结构在微电子器件、表面纹理制造、仿生微结构等领域中有着极其广泛的应用。研究发现通过更换掩模,进行多次复合曝光,可实现跨尺度多级微结构的快速嵌套加工。通过调整曝光用的掩模灰度,可实现不同深度微结构的一次成型,从而用于仿生皮肤纹理制造,并在细胞生物学、分析化学等领域具有广阔的应用前景。三、光敏印章印刷微制造技术在应用层面的拓展。将光敏印章印刷的微制造技术用于微流控纸芯片和柔性电路制造。以图案化的光敏印章为模版,以印刷方式来完成纸芯片制造,并将制得的纸芯片用于亚硝酸根离子浓度分析,操作过程简单快捷;将有亲疏水通道的纸芯片浸润于导电墨水中,待其自然风干后,得到柔性纸基电路,可用于制作柔性微触开关、三维LED灯等。
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