专利名称：基于光刻的喷丝毛细孔加工方法
技术领域：
本发明涉及的是一种喷丝毛细孔加工方法，特别是一种基于光刻的喷丝毛细孔加工方法，属于化纤生产技术领域。
背景技术：
喷丝板是纺丝机不可缺少的精密零件，喷丝板上喷丝孔由导孔和喷丝毛细孔构成。作为化纤母体的喷丝板，它的质量是保证纤维成品质量和良好纺丝工艺的重要条件。随着以“新合纤”为特征的化纤工业的发展，对喷丝板的制造及质量提出了更高的要求。喷丝毛细孔也正朝着微孔化、异型化、复合化的方向发展。喷丝板的加工质量主要取决于喷丝毛细孔的加工质量。目前喷丝毛细孔常用的加工方法是机械加工、电火花、线切割等。采用机械加工制造喷丝板，存在成本高、复杂孔加工困难等缺点。线切割法加工灵活性好且精度高，但它的加工成本很高，且线切割法加工最小孔受到走丝直径的限制。如果要加工大量的具有相同截面的喷丝毛细孔，电火花法相对便宜，但它的加工精度稍差一些，且有的孔形不能加工。
经文献检索发现，Y.Cheng等人在《Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research A》，vol.467-468(2001)pp1192-1197页上撰文“Ultra-deepLIGA process and its appl icat ions”(“超深LIGA工艺及其应用”，《物理研究A中的核仪器及方法》)，该文介绍了采用LIGA(LIGA是德文词的缩写，它主要包含三个工艺同步辐射光源X光深层光刻工艺、电铸工艺和复制工艺)来研制喷丝板。利于LIGA技术，可解决异形孔、复杂孔的喷丝板制造难题。但LIGA需要昂贵的同步辐射光源和特殊的金制的掩膜板。大量生产其成本过高，其改进方法是利用LIGA得到的金属模具，通过注塑成形复制微孔，之后在导电基底上电铸得到的喷丝板。这种方法的缺点是注塑脱模时会造成注塑材料与模具粘附；注望材料的收缩会使喷丝毛细孔的尺寸发生变化而失去精度；且这种方法仍需要同步辐射光源和特殊的金制的掩膜板。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于光刻的喷丝毛细孔加工方法，使其利用厚胶紫外光刻技术和电铸工艺来实现喷丝毛细孔的加工，本加工方法具有灵活性好、一致性好、精度高、成本低、适于大批量生产等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法如下首先根据喷丝毛细孔的形状制作掩膜板，然后在导电基底上形成均匀的厚光刻胶层，接着进行紫外曝光，再进行电铸得到金属结构，最后去除喷丝毛细孔内光刻胶。
以下对本发明作出进一步的限定，具体的方法步骤如下(1)绘制整个喷丝板上的喷丝毛细孔的平面图，并确定好喷丝毛细孔的形状、数量、位置关系，根据这一平面图制作掩膜板；(2)在导电基底上形成均匀的厚光刻胶层；(3)在紫外曝光机上进行紫外曝光，优选采用接触式曝光；(4)用显影液显影，可采用超声或兆声辅助显影，将掩膜板上喷丝毛细孔平面图形高精度地转化为喷丝毛细孔的三维光刻胶微结构；(5)在光刻胶的空腔内进行电铸得到金属结构；(6)电铸后，将其表面进行机械抛光，使电铸后的表面光滑平整，之后去除喷丝毛细孔内光刻胶，即可得到喷丝毛细孔。
所述的导电基底是指加工好导孔的喷丝板，采用石蜡填充导孔，并将表面修整干净，在喷丝板表面溅射一层薄金属膜，甩一层薄光刻胶，通过光刻方法在导孔处保留比导孔稍大的光刻胶膜，用湿法腐蚀去除未被光刻胶保护的金属膜，后去除光刻胶保护层得到金属膜，使喷丝板表面都为导体，形成导电基底，以利于电铸。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用紫外光刻技术，它不需昂贵的同步辐射光源和特殊的金制的掩膜板，而是采用紫外光源和通用的掩膜板，解决了低成本和批量生产的问题；本发明采用厚胶接触紫外光刻技术，将掩膜板上喷丝毛细孔平面图形高精度地转化为光刻胶的三维图形并经电铸来制作喷丝毛细孔，从而解决了复杂喷丝毛细孔和同板异形喷丝毛细孔的加工难题，而且整个喷丝毛细孔加工过程是一次同步完成的；采用厚胶接触式光刻技术，可得到更高的长径比的喷丝毛细孔，且喷丝毛细孔加工尺寸可小于50微米。本加工方法具有灵活性好、一致性好、精度高、成本低、适于大批量生产等特点，为制造喷丝毛细孔提供一种加工方法。
图1为本发明的方法流程图具体实施方式
如图1所示，结合本发明方法的内容提供以下实施例(1)绘制整个喷丝板上的喷丝毛细孔截面形状的平面图，并确定好喷丝毛细孔的形状(可有多种孔状)、数量、位置关系，根据这一平面图的制作掩膜板；(2)加工好导孔的喷丝板，采用石蜡填充导孔，并将表面修整干净。在喷丝板表面溅射一层800-1000埃金属铜膜。甩一层薄光刻胶(AZ4330)1-2微米，通过光刻方法在导孔处保留比导孔大5-10微米光刻胶膜。用湿法腐蚀(三氯化铁溶液)去除未被光刻胶保护的金属铜膜，后用丙酮去除光刻胶保护层得到金属铜膜，使喷丝板表面都为导体，形成导电基底，以利于电铸。
(3)甩胶在导电基底上用甩胶台甩光刻胶，采用SU-8负性胶，将光刻胶进行前烘，去除溶剂，条件为65℃半小时，95℃4小时。为使光刻胶层均匀，可采用多次甩胶方式，或精密切削，本实施例中光刻胶厚度为500微米。
(4)曝光在紫外曝光机上，采用接触式紫外光曝光。曝光强度8mW/cm2，曝光时间为500秒，之后进行后烘，后烘条件为55℃半小时，90℃二小时。
(5)显影用PGMA显影液显影，时间在18分钟。为使微图形显得更干净，可采用超声或兆声辅助显影。将掩膜板上喷丝毛细孔平面图形高精度地转化为喷丝毛细孔的三维光刻胶微结构。
(6)电铸在光刻胶的空腔内进行镍电铸。
(7)去胶电铸后，将表面进行机械抛光，使电铸后的表面光滑平整，之后去除光刻胶得到喷丝毛细孔，并用汽油去除导孔内的石蜡，以及去除金属铜膜。
测量喷丝毛细孔的尺寸偏差为±1微米。长径比范围在1-20(在500微米厚度时可形成25微米深孔)。本加工方法具有灵活性好、一致性好、精度高、成本低、适于大批量生产等特点，为制造的喷丝毛细孔提供一种加工方法。
权利要求
1.一种基于光刻的喷丝毛细孔加工方法，其特征在于，首先根据喷丝毛细孔的形状制作掩膜板，然后在导电基底上形成均匀的厚光刻胶层，接着进行紫外曝光，再进行电铸得到金属结构，最后去除喷丝毛细孔内光刻胶。
2.根据权利要求1所述的基于光刻的喷丝毛细孔加工方法，其特征是，以下对本发明作出进一步的限定，具体的方法步骤如下(1)绘制整个喷丝板上的喷丝毛细孔的平面图，并确定好喷丝毛细孔的形状、数量、位置关系，根据这一平面图制作掩膜板；(2)在导电基底上形成均匀的厚光刻胶层；(3)在紫外曝光机上进行紫外曝光，优选采用接触式曝光；(4)用显影液显影，采用超声或兆声辅助显影，将掩膜板上喷丝毛细孔平面图形高精度地转化为喷丝毛细孔的三维光刻胶微结构；(5)在光刻胶的空腔内进行电铸得到金属结构；(6)电铸后，将其表面进行机械抛光，使电铸后的表面光滑平整，之后去除喷丝毛细孔内光刻胶，即可得到喷丝毛细孔。
3.根据权利要求1或2所述的基于光刻的喷丝毛细孔加工方法，其特征是，所述的导电基底是指加工好导孔的喷丝板，采用石蜡填充导孔，并将表面修整干净，在喷丝板表面溅射一层薄金属膜，甩一层薄光刻胶，通过光刻方法在导孔处保留比导孔稍大的光刻胶膜，用湿法腐蚀去除未被光刻胶保护的金属膜，后去除光刻胶保护层得到金属膜，使喷丝板表面都为导体，形成导电基底。
全文摘要
一种基于光刻的喷丝毛细孔加工方法属于化纤生产技术领域。本发明首先根据喷丝毛细孔的形状制作掩膜板，然后在导电基底上形成均匀的厚光刻胶层，接着进行紫外曝光，再进行电铸得到金属结构，最后去除喷丝毛细孔内光刻胶。本发明采用厚胶紫外光刻技术来解决喷丝板复杂孔、同板异孔的加工，本加工方法具有灵活性好、一致性好、精度高、成本低、适于大批量生产等特点，为制造的喷丝毛细孔提供一种加工方法。
文档编号D01D4/02GK1482282SQ0312962
公开日2004年3月17日 申请日期2003年7月3日 优先权日2003年7月3日
发明者刘景全, 陈迪 申请人:上海交通大学