显微结构制造技术

本发明专利技术公开了显微结构以及制造这些显微结构的方法。一个典型的显微结构，其中包括一个基底、一个设置在基底上的罩面层、一个在至少一部分所述罩面层中的空气区域以及一个成型材料层，该成型材料层使至少一部分空气区域接合在成型材料层的内部，并使罩面层接合在成型材料层的外部。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及聚合物，更特别地涉及聚合物、微气通道以及利用这些聚合物制造微气通道的方法。
技术介绍
微流器件在包括药物专利技术、生物医学试验以及化学合成与分析的众多领域中具有巨大的应用潜力。在这些器件中，于截面尺寸为几十至几百微米量级的微通道中操作液体和气体。在这些微通道器件中的处理具有许多优点，包括低试剂消耗和低分析物消耗、高度紧凑且轻便的系统、快速处理时间以及可处理系统的潜力。然而，尽管其具有的所有前景，微流器件目前被用于少数应用场合中，并且根据其操作复杂性和性能通常仍用于相当简单的器件中。限制性使用的一个原因是形成具有确定形状微通道的难度。例如，通过微通道的流体微观动力学对于避免不需混合的系统中的混合是重要的，因此，微通道应具有与流体微观动力学的要求相一致的确定的截面。然而，制造确定的截面是具有挑战性的。例如，由于牺牲聚合物和罩面层具有溶剂不相容性，可限制用于制造微通道的牺牲聚合物和罩面层的选择。如果罩面层溶剂溶解牺牲聚合物，则会破坏由牺牲材料确定的形状。此外，罩面层应提供足够的机械强度而跨越气通道的尺寸且不产生凹陷。因此，需要在工业上利用多种聚合物的组合制造确定微通道的通用技术。
技术实现思路
简要说明的是，本专利技术公开的具体实施方案中包括显微结构和制造显微结构的方法。其中，一个示例性的显微结构包括一个基底、一个设置在该基底上的罩面层、一个在至少一部分所述罩面层中的空气区域以及一个成型材料层，该成型材料层使至少一部分空气区域接合在(engageon)该成型材料层的内部并使罩面层接合在该成型材料层的外部。其中，另一个示例性的显微结构包括一个基底；一个设置在该基底上的罩面层；一个设置在至少一部分所述罩面层中的牺牲聚合物层，其在除去牺牲聚合物层时形成一个空气区域；以及一个成型材料层，其使至少一部分牺牲聚合物层接合在该成型材料层的内部并使罩面层接合在该成型材料层的外部。本专利技术还提供制造显微结构的方法。其中，一个示例性的方法包括提供一个其上设置牺牲聚合物层的基底，在至少一部分牺牲聚合物层上设置成型材料，在该成型材料上设置一个罩面层，该成型材料基本上使牺牲聚合物层与罩面层分离。其中，另一个制造显微结构的方法包括提供一种具有一个基底、一个罩面层以及在该罩面层中的区域内的一个牺牲聚合物层、在至少一部分牺牲聚合物层和罩面层之间的成型材料的结构；除去牺牲聚合物层而在由牺牲材料确定的范围内形成空气区域。依据以下附图和具体说明的检查，其他结构、系统、方法、特征和有利条件可为，或成为对于本领域技术人员显而易见的。有意将所有这些附加的结构、系统、方法、特征和有利条件包括在本说明书中，并在本专利技术的范围内，且由附随的权利要求保护。附图说明参考以下附图可以更好地理解本专利技术所公开的许多方面。附图中的元件不必按照比例，而是强调性地放置以清楚地描述本专利技术所公开的原理。此外在附图中，同样的附图标记指定几个视图相应的部分。图1所示为具有由成型材料围绕的空气区域的代表性结构的截面视图。图2A和2B所示为一些结构的SEM图像，这些结构具有不由成型材料围绕的空气区域。图3A和3B所示为一些结构的SEM图像，这些结构具有由成型材料围绕的空气区域。图4A至5D为截面视图，其描述了制造图1所示结构的代表性方法。图5A至5B所示为多级结构的两个具体实施方案的截面视图，所述多级结构具有包括成型材料的空气区域。具体实施例方式总的来说，本专利技术公开了结构及其制造方法。其中，结构的具体实施方案包括具有至少一个空气区域的罩面层。所述空气区域具有成型材料层，其将一部分或多部分(如面)的空气区域接合在空气区域和罩面层之间。所述成型材料层至少提供一个在罩面层与牺牲聚合物层之间的屏障层。所述牺牲聚合物层确定一个范围，该范围在除去牺牲聚合物层时确定空气区域。此外，所述成型材料层至少起到为罩面层提供机械支撑的作用。而且，由于溶剂不相容性，以前不能共同使用的罩面层和牺牲聚合物在使用成型材料层时可以共同使用。总的来说，具有至少部分地被成型材料层束缚的空气区域的结构可用于但不局限于以下
微电子(如微处理器芯片、通讯芯片和光电子芯片)、微观流体、传感器和分析器件(如微量色谱)。图2为包括三个空气区域18的代表性结构10的截面视图。罩面层14被设置在基底12上，并包括空气区域18。所述空气区域可用一种气体或气体混合物填充，或为真空。成型材料层16被设置在空气区域18和罩面层14之间。在另一个具体实施方案中，空气区域18和成型材料层16可被设置在偏离基底12的位置上，而在罩面层14(图3A和3B)中。在另一个具体实施方案中，多重空气区域18可被设置在罩面层14中的多重高度上(如堆积在彼此的顶部或以偏移的方式堆积，如图5A和5B所示)。空气区域18是通过从空气区域18所在的区域除去(如分解)牺牲聚合物层而形成的，如图1所示。在制造结构10的过程中，将牺牲聚合物层沉积在基底12之上，并形成图案。然后在牺牲聚合物层周围形成成型材料层16。然后，罩面层14沉积在成型材料层16周围。接着，牺牲聚合物层被除去而形成空气区域18。所述沉积和除去牺牲聚合物的方法将在下文中作进一步讨论。虽然图示的空气区域18为矩形截面，空气区域的三维边界可具有以下截面的区域，如但不局限于矩形截面、非矩形截面、多边形截面、非对称截面、弯曲截面、弓形截面、楔形截面、符合椭圆或其片断的截面、符合抛物线或其片断的截面、符合双曲线或其片断的截面以及其组合。例如空气区域18的三维结构可以包括，但不局限于矩形结构、多边形结构、非矩形结构、非正方形结构、弯曲结构、楔形结构、符合椭圆或其片断的结构、符合抛物线或其片断的结构、符合双曲线或其片断的结构以及其组合。而且空气区域18可具有空间上变化高度的截面区域。此外，多重空气区域可连通而形成例如微通道和微室。空气区域18的高度可为约0.01至约100μm，更具体而言，可为约2至约25μm。空气区域18的宽度可为约0.01至约10,000μm，更具体而言，可为约0.1至约100μm。在以下系统中可使用基底12，但不局限于微处理芯片、微流器件、传感器、分析器件以及其组合。因此，基底12可由适合于研究中系统的材料制成。示例性的材料包括但不局限于玻璃、硅、硅化合物、锗、锗化合物、镓、镓化合物、铟、铟化合物、其他半导体材料和/或化合物以及其组合。此外，基底12可包括非半导体的基底材料，其包括例如任何绝缘材料、金属(如铜和铝)、陶瓷或印刷线路板中的有机材料。用于形成罩面层14的罩面层材料可为定型聚合物，其包括在形成空气区域18时由牺牲聚合物分解而产生的分解气体可透过或半透过的特性。此外，罩面层材料优选在牺牲聚合物分解的温度范围内稳定。而且该罩面层与下述牺牲聚合物可具有溶剂不相容性(例如罩面层和牺牲聚合物可在相同或相似的溶剂中溶解或部分溶解)。罩面层的实例包括以下化合物，但不局限于聚酰亚胺、聚降冰片烯、环氧化物、聚芳撑醚、聚芳撑、无机玻璃以及其组合。更具体而言，所述罩面层包括以下化合物AmocoUltradelTM7501、Promerous AvatrelTM绝缘聚合物、DuPont 2611、DuPont 2734、DuPont 2771、DuPont 2555、二氧化硅、氮化硅和氧化铝。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显微结构，其包含：一个基底；一个设置在所述基底上的罩面层；一个在至少一部分所述罩面层中的空气区域；以及一个成型材料层，其使至少一部分所述空气区域接合在成型材料层的内表面，并使所述罩面层接合在成型材料层的外表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫保罗贾亚钱德兰，保罗A科尔，休埃伦比斯特鲁普艾伦，
申请(专利权)人：佐治亚技术研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]