[发明专利]一种3D立体微纳结构的制作方法

说明书

本发明属于微纳制造工艺相关领域，并提供了一种3D微纳结构的制作方法，该方法包括：将被加工材料薄膜放置在模具上，模具根据根据材料的脱模性能决定是否涂覆脱模剂，在被加工材料薄膜上方放置用于发生自蔓延反应的自蔓延多层膜，向自蔓延多层膜自上至下的结构施加0.1MPa～20MPa的压力，点燃自蔓延多层膜，由此方式以点燃后的自蔓延多层膜作为热量与冲击力的来源，将所述模具上的图形转移到所述被加工材料薄膜上。按照本方法，不仅可有效避免微纳制造复杂的加工工序，具有方法灵活、成本低廉的特点，同时操作简便，条件温和，对环境要求低，可实现批量生产。

技术领域

本发明属于微电子制造工艺相关领域，更具体地，涉及一种3D立体微纳结构的制作方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS侧重于超精密机械加工，为智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。

现有技术中依靠模具工艺形成适用于MEMS的3D微纳结构的主要工艺技术有两种：LIGA(光刻、电铸和注塑)工艺和纳米压印工艺，并获得了广泛应用。对于前者而言，它是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤，由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，使得加工结构表面质量好，适合大批量生产，但其必需昂贵的X射线机等附属设备，同时对多个操作步骤的操作要求很高，相应极大阻碍了LIGA技术的广泛使用；而对于后者而言，纳米压印工艺又主要包括热压印和紫外压印等类型，其中热压印需要外界提供高温、高压，同时整体加热容易造成模具的损伤，由此紫外压印通常必需在洁净间环境下进行操作，对操作工艺和人员素质的要求同样更高。在此情况下，本领域亟需针对在3D立体微纳结构的制作工艺所存在的各类不足继续做出研究，以便更好地符合现代化高效率、高质量和便于质量操控的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D立体微纳结构的制作方法，其中通过结合MEMS所用微纳结构自身的产品及应用特点，并对其制作工艺原理及其关键工艺参数等多个方面做出进一步的优化设计，相应能够在无需高温、高压的工况下即可高效率、便于操控地完成整个制作过程，而且可获得很高精度的3D立体微纳结构，因而尤其适用于MEMS相关元件的大规模工艺制造应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种3D立体微纳结构的制作方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

S1，根据所设计图案制备对应的模具；

S2，在该模具的整个上表面可选择地涂覆脱模剂，然后依次设置被加工材料薄膜层、缓冲层、自蔓延多层膜、隔热材料模和压板；

S3，向所述压板均匀施加0.1MPa～20MPa的压力并引燃所述自蔓延多层膜，反应完成后执行脱膜，由此获得所需的3D立体微纳结构。

通过以上构思，与现有技术相比，一方面可以完全避免X射线、紫外线等外部能量源的使用，无需复杂的设备和车间等条件，整个工艺完全可曝露在常规环境下即可进行；另一方面，本发明的制作机理中对自蔓延多层膜层所产生的热能和热应力同时发挥作用，其中被传递至薄膜层的热能不仅可以使得被加工材料不易脆化和发生断裂，而且使其发生适当程度的软化来便于后续更为重要的变形控制；而同时被传递至薄膜层的热应力能够基本沿着竖直方向对薄膜层施加更为均匀的变形驱动力，并使其与模具之间实现高精度的接触及挤压变形，相应能够在微观层面上对被加工材料的表面形貌执行更高的质量控制，进而获得所需的高分辨率产品。