[发明专利]一种干性粘合剂的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统的制作方法，具体涉及高深宽比微纳层次结构的制作方法，可用于制作一种高深宽比的微纳层次结构，该结构本身即为一种适应不同表面又能轻易脱附的强效干性粘合剂。

背景技术

近年来MEMS器件广泛应用于航天航空、生物医学、能源交通、科学仪器等各个领域，以MEMS器件安装和固定为例的很多潜在应用(如爬壁机器人、微操作、微装配等)，迫切要求发展一种干性粘合剂，使得MEMS器件能牢固地粘附并能轻易地脱附于不同类型的物体表面。而目前广泛应用的粘合剂几乎都是湿性粘合剂(如粘合胶带、胶水)，存在易退化、易污染、自粘附、以及撕开后难以再次使用等缺点。

自然界中壁虎的超强粘附特性，为这种干性粘合剂的仿生设计与制作提供了极好的范例和启示。壁虎毛的分级层次结构，特别是其微米级刚毛/纳米级绒毛的微纳层次结构，是保证壁虎毛既产生巨大粘附力又能适应不同表面形貌并可轻易主动脱附的关键，也为干性粘合剂的仿生设计与制作提供了极好的范例和启示，本发明中的干性粘合剂即为仿壁虎毛的高深宽比微纳层次结构。

发明内容

本发明提供了一种干性粘合剂的制作方法，克服了目前湿性粘合剂易退化、易污染、自粘附、以及撕开后难以再次使用等缺点，可制作出适应不同表面形貌并能轻易脱附的全范德华力干性粘合剂。

本发明提供的一种干性粘合剂制作方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)制作微米级硅母版；

(2)在微米级硅母版上制作微米级模具；

(3)在清洗后的硅晶圆衬底上旋转涂上纤维阵列材料，接着在纤维阵列材料上放上微米级模具，加压加热，固化后取模，得到微米级纤维阵列；

(4)制作纳米级硅母版：

将聚苯乙烯胶粒球，放入含十二烷基硫酸钠的水溶液中，利用水的表面张力形成无序的单层膜，所述水溶液中十二烷基硫酸钠的质量百分比浓度为4～6％，然后用硅晶圆将聚苯乙烯胶粒球捞起，待其在空气中自然挥发干燥后进行退火处理，使得硅晶圆表面形成一层聚苯乙烯胶粒球组成的薄膜；以氧气为气源对聚苯乙烯胶粒球进行反应离子刻蚀，待聚苯乙烯胶粒球直径等同所设计的纳米纤维直径时停止刻蚀，并以此时的PS胶粒球为掩膜，使用ICP刻蚀工具对硅晶圆进行刻蚀得到纳米级沟槽；刻蚀完成后将PS胶粒球退火处理后去除，得到纳米级硅母板；

(5)在纳米级硅母版上制作纳米级模具；

(6)在纳米级模具底部放置一层PDMS聚合物材料作为缓冲层，将其倒置于步骤(3)得到的微米级纤维阵列上，在8～12Pa压力、110～130℃温度下加热4～6分钟，再以9～11mm/s的速度取模，填充在纳米级模具中的纤维材料被拉长，得到高深宽比的纳米纤维阵列。

上述技术方案可以采用下述一种或几种方式进行改进：

步骤(1)优选的制作微米级硅母版过程为：

依据预先设定的微米级纤维阵列的直径、间距制作出相应的微米级点阵结构掩膜板，然后使用光刻胶进行光刻，显影后使用电感耦合等离子刻蚀工艺进行刻蚀，刻蚀深度为所定纤维阵列长度，得到微米级硅母版。

步骤(1)更进一步优选的具体实现过程为：

在刻蚀工艺中引入刻蚀和钝化的循环过程，期间在晶圆和沟槽的所有表面都覆盖上一层C₄F₈，然后在离子能量的作用下去除沟槽底部的聚合物，加深沟槽深度，如此反复循环直到得到清晰的轮廓形貌。

步骤(2)优选的具体实现过程为：

将微米级硅母版通过蒸气镀的方式镀上分离剂三氯硅烷，再将微米级模具材料聚二甲基硅氧烷倒在微米级硅母版上，在70～90℃下保持50～70分钟后从微米级硅母板上剥离，得到微米级模具。

步骤(3)优选的具体实现过程为：

纤维阵列材料为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质量百分比浓度为8％～12％，加压压力为10³～2×10³Pa，加热温度为140～160℃，加热时间为50～70分钟。

步骤(5)优选的具体实现过程为：

在纳米级硅母版上旋转涂覆纳米级模具材料聚胺脂丙稀酯酸，并压上一层柔性基底材料，柔性基底材料为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜或3M胶带，在波长为250nm～400nm的紫外光下曝光25～35秒，待模具材料充分固化后将其从母版上剥离并修剪边角，得到纳米级模具。