超细异形喷丝孔的制造方法_2

文档序号:9920010阅读:来源:国知局
胶结构的图形化,制备微型光刻胶柱体阵列作为 喷丝头导孔电铸模具。
[0038] 其中对于所述金属薄层的氧化处理,可W提升其与光刻胶的结合力。
[0039] 较为优选的,所述金属薄层的厚度为50~500nm。
[0040] 较为优选的,所述第一光刻胶的厚度为400~800μπι。
[0041] (3)喷丝头导孔层(亦称喷丝头支撑层,或简称支撑层、导孔层)的微电铸加工:在 制备光刻胶微柱体阵列表面及空隙间瓣射金属导电层(如Ti-Cu,Cr-Cu等材质的),之后在 所述金属导电层上,采用电沉积技术进行支撑层的沉积,形成喷丝头导孔层电铸件。
[0042] 其中,所述电铸件的厚度与第一光刻胶的厚度相同。
[0043] 其中,所述支撑层的材质优选为金属儀,并可由氨基横酸儀溶液电铸Ni完成。Ni具 有较低的应力、良好的机械强度W及锻厚能力,易于实现微喷嘴阵列的成型加工。
[0044] (4)支撑层的平坦化处理平面加工技术,对所述喷丝头导孔层电铸件进行平坦 化加工,使电铸件表面与光刻胶微柱体表面齐平,获得表面平整光滑的喷丝头导孔层(包含 光刻胶微柱体);
[0045] (5)喷丝孔层(即,出丝面层)的电铸加工:采用电沉积技术在所述支撑层上沉积至 少一层抗腐蚀材料或高硬度材料作为出丝面层,所述支撑层与出丝面层形成一个完整的电 铸件。
[0046] 其中,所述抗腐蚀材料优选为贵金属Au,厚度优选为20~50μπι。
[0047] 其中,所述高硬度材料优选为二元或Ξ元合金,例如,所述二元合金包括Ni-W、Ni- P或Co-W,所述Ξ元合金包括Ni-C〇-W、Fe-C〇-W或Ni-W-P,但不限于此,且其厚度优选为15~ 2姐m。
[0048] 在一些实施方案中,该步骤(5)采用的电沉积高硬度金属体系包括:金属离子 0.6111〇1/1~0.81]1〇1/1、鹤酸钢0.61]1〇1/1~1.01]1〇1/1、次亚憐酸0.21]1〇1/1~0.31]1〇1/1、巧樣酸 胺0.9m〇Vl~l.lmoVl、肥DP(径基亚乙基二麟酸)0.6mol/l~0.8mol/l及苯横酸类应力消 除剂O.lg/1~〇.4g/l,上述的金属离子为儀离子、钻离子、亚铁离子中的一种或几种的组 合,且不限于此。
[0049] (6)去衬底处理:将所述电铸件去负胶、去残留玻璃、Ti瓣射层后,得到支撑面层含 对准标记的支撑层-出丝面层一体化结构。
[0050] (7)喷丝头异形孔刻蚀掩膜的制备:在所述一体化结构的出丝面层上,采用UV- LIGA技术进行第二次光刻,包括依次进行的甩胶、曝光、显影处理,实现异形喷丝孔掩膜的 图形化,W及借助于双面光刻技术,实现两次光刻的对准,即实现即将加工的异形喷丝孔与 导孔的对准。
[0051 ]在一些实施方案中,所述的"借助于双面光刻技术"是指:将包含对准标记的第一 次光刻版、第二次光刻版分别装入光刻机上、下版位置,将不透明的所述一体化结构放在第 一次光刻版与第二次光刻版之间,利用双面光刻技术实现第二光刻版上对准标记与反面的 支撑层上对准标记的对准,进而实现喷丝头异形孔与导孔的对准。
[0052] (8)喷丝头异形孔刻蚀加工:采用干法刻蚀技术刻蚀图形化的出丝面层,并根据刻 蚀选择比及光刻胶掩膜的厚度控制刻蚀时间。
[0053] 重复步骤(7)、(8),进行一次或多次掩膜制备-刻蚀循环操作,直至异形喷丝孔与 喷丝头支撑层的导孔贯通,即获得与喷丝头导孔贯通的高精度异形喷丝孔。
[0054] 其中,所述的干法刻蚀包括:氣离子刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)或感应禪合等离子 亥IJ蚀(ICP),但不限于此。
[0055] 其中,所述超细异形孔具有如下特征:异形截面外径最小可达扣m、最小线宽可达3 μπι、线宽变化小于±1Μ1的异形喷丝孔,孔壁表面粗糖度小于O.lwii。
[0056] 本发明的另一个方面提供了 一种包含前述超细异形喷丝孔的喷丝头。
[0057] 请参阅图1,在本发明的一典型实施例中,一种超细异形孔喷丝头可包括出丝面层 1和喷丝头导孔层3,其中喷丝头导孔层3包含若干导孔4,出丝面层1包含若干毛细孔(异形 喷丝孔)2,每一导孔4与其对应的毛细孔2对准并贯通。
[0058] 下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0059] 实施例1:本实施例是在W下实施条件和技术要求条件下实施的:
[0060] (1)设计光刻版版图:设计喷丝头导孔4的形状和排布版图,即第一次光刻所用的 掩膜版;设计喷丝头毛细孔2的形状和排布版图,即第二次光刻所用的掩膜版(参阅图1)。其 中喷丝头异形孔形状为叮形",截面外径约如m、最小线宽约3μπι。
[0061] (2)喷丝头导孔4光刻胶模具制备。在直径约3英寸的玻璃基片上,瓣射厚约 1000 A的金属Ti薄层,并在约65°C的溫度下,在浓度约%化0Η和Iwt %也化的混合溶液 中氧化处理约3分钟,形成均匀、致密的黑色氧化铁薄膜层,W保证与光刻胶之间具有良好 的结合力;在瓣射、氧化处理的玻璃片上,甩约40化m厚的SU-8负性光刻胶,并依次进行前 烘、曝光、显影、后烘处理,实现光刻胶结构的图形化,制备微型光刻胶柱体阵列作为喷丝头 导孔电铸模具;
[0062] (3)喷丝头导孔层3(支撑层)的微电铸加工。在图形化的异形光刻胶结构表面瓣射 一层约SOOAri、. .g.OOA.Cu的Ti-Cu电沉积导电层;在上述Ti-Cu导电层上,电铸一层约400皿 厚的金属Ni作为喷丝头支撑层;电锻液采用高度分散氨基横酸儀溶液(各组分浓度如下:Ni [畑2S03]2)500g/L,氯化儀(NiCb · 6出0)5g/L,棚酸化B〇3)25g/L,pH值5.0,溫度约40°C)。
[0063] (4)导孔层3(支撑层)的平坦化处理。W平面加工技术,将上述模具电铸件进行平 坦化加工,使电铸件表面与光刻胶微柱体表面齐平,获得表面平整光滑的喷丝头导孔层(包 含光刻胶微柱体);
[0064] (5)出丝面层1电铸加工。采用电沉积技术,在所述的喷丝头支撑层上沉积一层贵 金属Au作为作为抗腐蚀的出丝面层,沉积厚度约20μπι,该金属Au层附着于导孔层的表面,与 导孔层形成一体化结构。电沉积过程中采用的金电锻液组分如下:氯化金钟[KAu(CN)2] 2〇g/L,巧樣酸lOg/L,巧樣酸钟30g/L。电沉积工作溫度约40°C,pH值约4.8~5.8,阴极电流 密度0.05~O.lA/血2,中等磁力揽拌,脉冲电锻。
[0065] (6)去衬底处理。将上述模具电铸件去负胶、去残留玻璃、Ti瓣射层后,得到支撑面 层含对准标记的支撑层-出丝面层一体化结构。
[0066] (7)喷丝头异形孔刻蚀掩膜制备。在所述的一体化结构的出丝面层上,采用UV- LIGA技术进行第二次光刻,包括:甩正性光刻胶厚度ΙΟμπι,并依次进行曝光、显影处理,实现 异形喷丝孔掩膜的图形化,借助于双面光刻技术,实现第二光刻版与支撑层光刻标记的对 准,即实现即将加工的异形喷丝孔与导孔的对准;
[0067] (8)喷丝头异形孔刻蚀加工:采用氣离子刻蚀技术刻蚀图形化的出丝面层,刻蚀条 件为:束流密度0.3mA/cm2、离子能量300eV、离子速流50mA、刻蚀时间为化。之后,去除刻蚀 残留的光刻胶掩膜,重复步骤(7)及步骤(8),进行多次掩膜制备-刻蚀循环操作,直至异形 喷丝孔与喷丝头支撑层的导孔贯通,即获得与喷丝头导孔贯通的高精度异形喷丝孔。
[0068] 实施例2:本实施例是在W下实施条件和技术要求条件下实施的:
[0069] (1)设计光刻版版图。设计喷丝头导孔4的形状和排布版图,即第一次光刻所用的 掩膜版。设计喷丝头毛细孔2的形状和排布版图,即第二次光刻所用的掩膜版(参阅图1)。其 中喷丝头异形孔形状为巧形",截面外径约10皿、最小线宽化m。
[0070] (2)喷丝头导孔光刻胶模具制备。在直径约4英寸的玻璃基片上,瓣射厚度约 8000 A金属Ti薄层,并在65 °C溫度下,在%化0H和Iwt %出〇2的混合溶液中氧化处理约3 分钟,形成均匀、致密的黑色氧化铁薄膜层,W保证与光刻胶之间具有良好的结合力;在氧 化铁薄膜层上甩约600WI1厚的SU-8负性光刻胶,并依次进行前烘、曝光、显影、后烘处理,实 现光刻胶结构的图形化,制备微型光刻胶柱体阵列作为喷丝头导孔电铸模具;
[0071] (3)喷丝头导孔层(支撑层)的微电铸加工。在图形化的异形光刻胶结构表面瓣射 一层厚约500A的Ti和厚约900ΛΟι的Ti-化导电层。在该Ti-Cu导电层上,电铸一层约600皿 厚的金属Ni作为喷丝头支撑层。Ni电锻液成分及电沉积条件可参照实施例1。
[0072] (4)支撑层的平坦化处理平面加工技术,将上述模具电铸件进行平坦化加工, 使电铸件表面与光刻胶微柱体表面齐平,获得表面平整光滑的喷丝头导孔层(包含光刻胶 微柱体);
[0073] (5)出丝面层1的电铸加工。采用电沉积技术,在所述的喷丝头支撑层上沉积一层 贵金属Au作为作为抗腐蚀的出丝面层,沉积厚度约为30μπι,该层金属Au附
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