精密电铸微复型金属微结构的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种精密电铸微复型金属微结构的制作方法，包括以下步骤：母模具前处理；PDMS模具制作；PU模具制作；导电层制备：在真空环境下在PU模具上沉积一层导电金属薄膜；电铸微复型：将有导电层的PU模具置于电铸槽的电铸液中进行金属微结构的精密电铸沉积复型；金属微结构的脱模：将精密电铸沉积后的硬质背衬‑PU模具‑金属微结构放入装有溶剂的容器中进行加热超声；当PU在溶剂中变软溶解后，机械脱模将金属微结构与PU模具分离，得到最终的复型金属微结构。本发明专利技术既保护了母模具可多次利用，易脱模，成本低，又保证了复型金属微结构的精度和完整性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属微结构制造
，特别是涉及一种精密电铸微复型金属微结构的制作方法。
技术介绍
随着社会日新月异的发展，产品的小型化、微型化成为了一个必然的发展趋势，因此金属微结构产品的需求量巨大，其中薄膜光学元器件在科技发展中发挥着越来越重要的作用。如太空卫星对地观测中使用的遥感成像设备、军事装备中的红外夜视镜、核聚变中用到的大幅面光栅、精密位移检测中用到的高精度计量光栅、光学分光元件以及曲面微结构器件等。在各种微细加工方法中，精密电铸微复型制造技术是降低制造成本以及提高产量的一条有效途径。精密电铸微复型方法最大的优点是使用同一个母模可以大批量生产出器件参数相同的复制样品，所以复制器件的成本低，可实现元器件的批量制造。精密电铸微复型的精度由母模具的精度来保证的，因此母模具的精密制造是首要考虑到问题。目前常用的精密电铸的母模具如湿、干法刻蚀的硅基模具，精度高但强度低易碎，往往使用一次精度就遭到破坏；最常用的金属模具，需要特定的脱模剂，若复型的厚度较大，沉积金属会将母模具的边缘包裹，脱模时会使微结构变形。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种精密电铸微复型金属微结构的制作方法，既保护了母模具可多次利用，易脱模，成本低，又保证了复型金属微结构的精度和完整性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种精密电铸微复型金属微结构的制作方法，包括以下步骤：（1）母模具前处理：对母模具进行清洗，清洗完毕后吹干，并在热板上烘干，冷却至室温，在烘干的母模具上旋涂一层脱模剂薄膜；（2）PDMS模具制作：将母模具放在水平的大理石平台上，把PDMS和固化剂按照质量比混合，充分搅拌均匀后，进行抽真空操作，抽真空后取出倒入母模具上，并施加硬质背衬，将硬质背衬-PDMS-母模具一起进行抽真空操作，消除PDMS中的气泡，真空操作完成后将其放置在热板上加热固化，机械脱模即可将PDMS从母模具上脱下，得到PDMS模具；（3）PU模具制作：在PDMS模具上旋涂一层脱膜剂薄膜，将有机多异氰酸脂与聚醚型多元醇按照质量比混合得到PU，并进行真空操作，PU倒入PDMS模具上，施加硬质背衬，将硬质背衬-PU-PDMS模具一起进行抽真空操作，真空操作完成后将其放置在热板上固化，机械脱模即可将PU从PDMS模具上脱下得到PU模具；（4）导电层制备：在真空环境下在PU模具上沉积一层导电金属薄膜；（5）电铸微复型：将有导电层的PU模具置于电铸槽的电铸液中进行金属微结构的精密电铸沉积复型；（6）金属微结构的脱模：将精密电铸沉积后的硬质背衬-PU模具-金属微结构放入装有溶剂的容器中进行加热超声；当PU在溶剂中变软溶解后，机械脱模将金属微结构与PU模具分离，得到最终的复型金属微结构。在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤（1）母模具前处理的具体步骤为：依次使用洗涤精、丙酮、酒精对母模具进行超声清洗，清洗完毕后使用气体吹干，并在热板上烘干，冷却至室温，在烘干的母模具上旋涂一层脱模剂薄膜。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（2）中固化温度为60~80℃，固化时间60~90min；步骤（3）中固化温度60~80℃，固化时间60~90min。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤(1)中所述的脱膜剂薄膜均为油类薄膜或C4F8薄膜，步骤(3)中所述的脱膜剂薄膜均为油类薄膜或C4F8薄膜。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤(2)和（3）中所述的硬质背衬均为经过等离子空气处理过的玻璃基底，步骤（6）中所述的溶剂为丙酮。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（4）中使用磁控溅射机在真空环境下在PU模具上蒸镀或溅射沉积一层导电金属薄膜。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（4）中使用磁控溅射机在≤1.5e-5T的真空环境下溅射沉积一层厚度为150~200nm的导电金属薄膜；溅射参数：电流0.4~0.6A，氩气流量20~25sccm，Cu的沉积速率为22~27nm/min，Ag的沉积速率为30~35nm/min。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的导电层金属薄膜为Cu薄膜或Ag薄膜。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（5）中所述的电铸液为电铸镍溶液或酸性电铸铜溶液。在本专利技术一个较佳实施例中，电铸镍工艺条件为：氨基磺酸镍400~500g/L、硼酸30~50g/L、润湿剂N-5003ml/L、PH值为3.5~4.5、温度维持在40~60℃、强制对流方式为过滤循环，电流密度1A/dm2；酸性电铸铜工艺条件为：硫酸铜200~300g/L、硫酸60~70g/L、氯离子0.1~0.2g/L、添加剂CX910A1ml/L、添加剂MU4ml/L、温度为室温、磁力搅拌、电流密度3A/dm2；上述电铸镍过程和酸性电铸铜过程中均使用脉冲电源，频率10kHz，电铸镍沉积速率8~10μm/h，酸性电铸铜沉积速率30~35μm/h。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过母模具一次翻模得到柔性PDMS模具，再经过第二次翻模得到强度较大的PU模具，PU模具作为最终的微复型模具，由于其易在丙酮中溶解从而保证复型金属微结构的完整性，既保护了母模具可多次利用，易脱模，成本低，又保证了复型金属微结构的精度和完整性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是精密电铸微复型用模具的制造工艺流程图；图2是精密电铸微复型工艺流程图；图3是金属微结构脱模过程示意图；图4是微复型金属微结构示意图；附图中各部件的标记如下：1、母模具，2、PDMS模具，3、玻璃背衬，4、PU模具，5、导电金属薄膜，6、金属微结构，7、丙酮，8、烧杯，9、超声清洗机，10、去离子水，11、复型金属微结构。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种精密电铸微复型金属微结构的制作方法：如图1所示，是精密电铸微复型用PU模具的制备工艺流程图，具体步骤如下：（1）母模具前处理：依次使用洗涤精、丙酮、酒精对母模具1进行超声清洗，实验中三道工序各自超声清洗10min，每次清洗完成再使用去离子水进行超声清洗5min，最后进行等离子氧清洗；清洗完毕后用干净的氮气将母模具1表面的水分吹干，并在热板上烘干，温度设定120℃，时间120min，冷却至室温，在烘干的母模具1上旋涂一层油类薄膜或者沉积C4F8薄膜；（2）PDMS模具制作：将母模具1放在水平的大理石平台上，把PDMS和固化剂按照质量比10:1混合，充分搅拌均匀后，进行抽真空操作，抽真空7min后取出倒入母模具1上，待PDMS自然流淌布满母模具1后，经过等离子空气处理的干净的玻璃衬底3轻轻压在PDMS上，并缓缓用力，然后将玻璃背衬-PDMS-母模具一起进行真空操作7min，真空操作完成后将其放置在热板上，温度70℃，时间75min，固化完成后，机械脱模即可将PDMS模具2从原模具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精密电铸微复型金属微结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）母模具前处理：对母模具进行清洗，清洗完毕后吹干，并在热板上烘干，冷却至室温，在烘干的母模具上旋涂一层脱模剂薄膜；（2）PDMS模具制作：将母模具放在水平的大理石平台上，把PDMS和固化剂按照质量比混合，充分搅拌均匀后，进行抽真空操作，抽真空后取出倒入母模具上，并施加硬质背衬，将硬质背衬‑PDMS‑母模具一起进行抽真空操作，消除PDMS中的气泡，真空操作完成后将其放置在热板上加热固化，机械脱模即可将PDMS从母模具上脱下，得到PDMS模具；（3） PU模具制作：在PDMS模具上旋涂一层脱膜剂薄膜，将有机多异氰酸脂与聚醚型多元醇按照质量比混合得到PU，并进行真空操作，PU倒入PDMS模具上，施加硬质背衬，将硬质背衬‑PU‑PDMS模具一起进行抽真空操作，真空操作完成后将其放置在热板上固化，机械脱模即可将PU从PDMS模具上脱下得到PU模具；（4）导电层制备：在真空环境下在PU模具上沉积一层导电金属薄膜；（5）电铸微复型：将有导电层的PU模具置于电铸槽的电铸液中进行金属微结构的精密电铸沉积复型；（6）金属微结构的脱模：将精密电铸沉积后的硬质背衬‑PU模具‑金属微结构放入装有溶剂的容器中进行加热超声；当PU在溶剂中变软溶解后，机械脱模将金属微结构与PU模具分离，得到最终的复型金属微结构。...

【技术特征摘要】
1.一种精密电铸微复型金属微结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）母模具前处理：对母模具进行清洗，清洗完毕后吹干，并在热板上烘干，冷却至室温，在烘干的母模具上旋涂一层脱模剂薄膜；（2）PDMS模具制作：将母模具放在水平的大理石平台上，把PDMS和固化剂按照质量比混合，充分搅拌均匀后，进行抽真空操作，抽真空后取出倒入母模具上，并施加硬质背衬，将硬质背衬-PDMS-母模具一起进行抽真空操作，消除PDMS中的气泡，真空操作完成后将其放置在热板上加热固化，机械脱模即可将PDMS从母模具上脱下，得到PDMS模具；（3）PU模具制作：在PDMS模具上旋涂一层脱膜剂薄膜，将有机多异氰酸脂与聚醚型多元醇按照质量比混合得到PU，并进行真空操作，PU倒入PDMS模具上，施加硬质背衬，将硬质背衬-PU-PDMS模具一起进行抽真空操作，真空操作完成后将其放置在热板上固化，机械脱模即可将PU从PDMS模具上脱下得到PU模具；（4）导电层制备：在真空环境下在PU模具上沉积一层导电金属薄膜；（5）电铸微复型：将有导电层的PU模具置于电铸槽的电铸液中进行金属微结构的精密电铸沉积复型；（6）金属微结构的脱模：将精密电铸沉积后的硬质背衬-PU模具-金属微结构放入装有溶剂的容器中进行加热超声；当PU在溶剂中变软溶解后，机械脱模将金属微结构与PU模具分离，得到最终的复型金属微结构。2.根据权利要求1所述的精密电铸微复型金属微结构的制作方法，其特征在于，所述步骤（1）母模具前处理的具体步骤为：依次使用洗涤精、丙酮、酒精对母模具进行超声清洗，清洗完毕后使用气体吹干，并在热板上烘干，冷却至室温，在烘干的母模具上旋涂一层脱模剂薄膜。3.根据权利要求1所述的精密电铸微复型金属微结构的制作方法，其特征在于，步骤（2）中固化温度为60~80℃，固化时间60~90min；步骤（3）中固化温度60~80℃，固化时间60~90min。4.根据权利要求1所述的精密电铸微复型金属微结...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红忠，范禅金，史永胜，尹磊，陈邦道，
申请(专利权)人：常州瑞丰特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32