基于光敏印章的低成本微结构制造

微纳结构在微流控芯片,微电子器件,表面纹理制造,仿生结构等中有着极其广泛的应用。目前主流的微制造技术包括基于光刻工艺的硅微加工技术、激光,微铣削等直接加工或直写技术,热压,软刻蚀等基于模版的复制技术。

基于光刻技术精度高,工艺成熟,但加工周期长,成本高适合工业化生产。直接加工或直写技术精度相对较低,由于需要专用而昂贵的加工设备,成本较高。而基于模版的微复制技术,由于模版可多次利用,在批量化微制造上有不小的优势。MEMS相关的产品开发时,无不要经历多次的反复迭代过程,在产品迭代中设计人员希望能快速看到所设计出的具体产品,并进行后续的分析测试,以快速改进,加快研发进度。但目前的光刻技术价格昂贵,反复迭代设计成本过高,模版复制技术需要硅片制造的模版,导致其迭代速度较慢,而直写工艺的精度及成本较高。

课题组发现日常生活中的光敏印章垫材料能够用来快速制造各种微制造所需的模板,通过多次复合曝光可实现不同尺度微结构的嵌套加工,通过调整曝光掩膜的灰度,可实现不同深度微结构的一次性成型。考虑到光敏垫成本非常低,非常适合于微结构的快速制造,可作为软刻蚀及微浇注等工艺的复制模板。本研究的意义在于提供了一种所见即所得的快速微制造方法,无需传统MEMS微制造漫长等待周期。

相关成果发表在Nature旗下期刊Scientific Reports, 2015, 5. 13522, “A facileand low-cost micro fabrication material: flash foam”25 A facile and low-cost micro fabrication material_ flash foam.pdf

及英国皇家化学学会旗下期刊RSC Advances, 2014, 4,63860-63865, A low-cost and rapid microfluidic paper based analytical device fabrication method: flash foam stamp lithography

16 A low-cost and rapid microfluidic paper-based analytical device fabrication m.pdf

 

基于光敏印章的微制造原理

曝光前后光敏印章表面

采用铬掩膜在光敏印章表面进行曝光,所制造的微结构

二次曝光所获得的跨尺度结构(光敏印章表面)

通过控制掩膜灰度,可一次曝光获得不同微结构深度,可制造真正的三维微结构,而不是准三维结构

基于光敏印章模版所制造的具有不同深度的人造皮肤

基于光敏印章的软刻蚀工艺(soft lithography)

软刻蚀工艺制造的微流道等结构

基于光敏印章的纸基微流控芯片制造工艺(microfluidic paper-based analytical device)

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