一种双面异构体微喷嘴及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种双面异构体微喷嘴的制造方法，所述方法采用双面套刻工艺和硅深刻蚀技术：在硅片的第一面刻蚀出所需图形，然后利用双面套刻工艺精确对准后，再从硅片的第二面将图形刻通；采用硅片两面的不同图形的刻蚀，在同一垂直机体内制作异形的连体形貌结构，以形成喷嘴内部的功能结构体，且在两种图形结构交汇处仍是完整的一体，从而得到具有超强机械强度的双面异构体微喷嘴。

A double-sided isomer micro nozzle and its manufacturing method

The present invention provides a method for manufacturing double-sided isomers of micro nozzle, the method adopts double-sided etching process and silicon deep etching technology: on the first surface etching of silicon required graphics, and then use the double-sided etching process for precise alignment, and then from the wafer second face will be engraved with two silicon graphics; the different patterns of etching in connected morphology and structure of the same vertical machine body made of profiled, to form a functional structure inside the nozzle body, and the intersection is still a complete one in two kinds of graphic structure, so as to obtain double isomers with superior mechanical strength of micro nozzle.

【技术实现步骤摘要】
一种双面异构体微喷嘴及其制造方法
本专利技术涉及一种微喷嘴，具体地说，涉及的是一种双面异构体微喷嘴及其制造方法。
技术介绍
随着科学的发展和技术的不断推陈出新，微米纳米科学和与之同步发展的微纳加工技术也在不停的推陈出新，并在生物医药、航空航天、电子、光导纤维以及办公自动化设备、图像显示器、医疗器械、液压元件等工业领域不断的渗与融合，以阵列微小型孔为关键结构的零部件的使用越来越频繁，孔径尺寸越来越小，精度要求越来越高,例如光纤连接器、化纤喷丝板、电子显微镜光栅、打印机喷墨孔阵列，以及微喷嘴、微泵中的阵列孔微细结构等，随着相关技术的进一步推进，对微孔提出更高的要求，如，孔道内部需要多层复杂结构，加工的线宽需要进入纳米级等等，其中人造毛细血管制造和通过自身血压进行血透的中空纤维膜的制造就是最好的应用实例。公开号为CN1315252A的中国专利技术专利公开了一种喷墨头的微流道及微喷嘴的制造方法，其采用紫外雷射光束投影至被加工物上进行干法刻蚀，该专利中微加工技术仅限于表面结构的加工。以人造毛细血管为例介绍该项专利技术的功用，现有的人造血管制造分编织类和非织造人造血管制造，编织类的人造血管最小外径在3mm，从制造角度和成型原理来看,非织造方法更易实现3mm以下小口径管道的加工。其中静电纺和机械铸模一次成型法是两条切实有效的途径。静电纺制造的人造血管是由取向不同的纳米/微米级纤维在静电作用下堆放而成，所以，不难看出电纺技术非常适合用来构建小直径人造血管，而且其疏松的管壁结构易于细胞进入孔内后，推动孔隙周围的纤维，使得细胞的渗透性得到提高，但纤维之间的结合较弱，制造过程的不可控性，也是有目共睹的。因此，从制造角度而言可以真正实现微米级人造血管制造的只剩下机械铸模一次成型法。而机械铸模一次成型法，目前可以有多种方法来制备聚合物材料，如烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法和相转化法，其中应用最广的聚合物人造血管制造方法为：相转化法聚合物制备法，而大多数相转化法制备的聚合物人造血管是通过控制聚合物溶液的相分离，即形成富聚合物相和贫聚合物相来制备的。其中，富聚合物相在液-液分相后不久就固化成人造血管的主体，贫相则形成所谓的管壁孔。从上述介绍中可以看到，喷嘴是微米级人造血管的制造的核心。传统的喷丝头主要借助精密机械钻孔、微细电火花(μ-EDM)和线切割等技术加工。机械钻孔法至今仍然是圆孔喷嘴的主要成型技术，只是它的最小加工尺寸有时难以满足超细纤维喷嘴的加工要求。微细电火花加工方法的最小缝宽接近数十微米量级，加工深度在300－500μm之间，工艺难度高，费用昂贵，精细图形的成型能力差。线切割的加工能力也大致如此。也有尝试用激光微加工技术制造，只是稍微提高了细缝的加工能力，其它方面没有实质性改进，还要防止加工面的过度损伤。总之，传统工艺已满足不了线宽50μm以下的异形化(除圆以外的图形)对喷嘴成型技术的要求，虽然三维非硅加工技术为此开辟了一个崭新的天地，加工线宽又降低了一个数量级(三维非硅加工技术具有复杂结构和几个微米级线宽的加工能力)，但从微铸造的角度而言铸造几微米高深宽比的铸件已经是力不从心了，且层与层之间分层现象严重，导致能做不能用。再从传统的血透用中空纤维的加工方法和手段来看，现在通常使用的喷制中空纤维的技术有：1)插入柱式喷头法；2)异形喷丝板法；3)发泡剂法；4)插入管式喷头法；5)再处理法；6)定位吹气法。其中异形喷丝板法是由异形小孔和缝隙组成喷嘴(喷丝孔)，在实际喷丝中由于线宽小、精度高、出丝品质好常被定为首选。传统异型喷丝板法生产中空纤维的具体措施就是将具有不连续的直线或曲线狭缝设计组合起来形成特殊形状的喷丝孔，使得从这些组合狭缝中挤出的高聚物熔体在固化前发生巴拉斯胀大效应而粘连在一起，熔体经冷却固化后便获得内部包有空腔的中空纤维，这种喷丝板由于加工手段的限制整个喷嘴从进口到出口只有一种结构，其次我们通过仿真得知通过巴拉斯胀大效应而粘连在一起的部分往往是结构最薄弱的部分。再从传统喷丝板的设计而言，它包括形状和结构尺寸两方面，前者的设计和生产要求相关，常用的孔形有多边形、C形、圆弧形、多点形等。后者则是中空纤维能否形成的关键因素，包括喷丝孔的狭缝长度、两狭缝尖端距离、当量直径、截面积、长径比等特征尺寸数据，其中喷丝孔的狭缝长度和两狭缝尖端距离尺寸设计尤其重要。当要制备超细中空纤维时就要求线宽变窄，由于同比缩小，两狭缝尖端距离也变窄，当两狭缝尖端距离缩小到一定尺度时，中空结构将无法承受高压熔体挤出时的兆帕级的高压而脱落，导致喷丝板损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双面异构体微喷嘴的制造方法，可以完全克服
技术介绍
中上述情况/之一的发生，而且，加工精度比三维非硅加工技术提高了一个数量级，除可以轻易地制备纳米级的多层多结构的纳米线宽喷嘴。根据本专利技术的第一目的，提供一种双面异构体微喷嘴的制造方法，包括：在硅片的一面刻蚀出所需图形，然后利用双面套刻工艺精确对准后，再从硅片的另一面将图形刻通；采用硅片两面的不同图形的刻蚀，在同一垂直机体内制作异形的连体形貌结构，且在两种图形结构交汇处仍是完整的一体，以确保良好的机械结构强度，从而得到双面异构体微喷嘴。优选地，按照以下步骤执行：(1)在两块掩膜板上制作出用以两面对准的符号和所需的各类阵列图形；(2)硅片的表面清洁后，在硅片的正反面即第一面、第二面进行如下操作：在硅片的第一面即正面均匀甩上光刻胶，然后通过烘胶将液态的光刻胶固化成固体的光刻胶，形成均匀的光刻胶层；在紫外曝光机上对硅片上的光刻胶层进行紫外曝光；用显影液显影出所需图形，保护住不需要刻蚀的部分；采用刻蚀的方法，在硅片上刻蚀出所需要的各种三维孔道结构；上述刻蚀完成后，去胶并清洁整个硅片，然后，在已有图形的第一面进行甩胶和整体曝光，使其形成保护层，保护已成形的三维结构以免被再次刻蚀；在硅片的第二面即背面进行如下操作：清洁第二面、甩胶、烘胶，准备进行第二面的曝光；采用精准双面对准技术对硅片的第二面进行精确定位与紫外曝光；用显影液显影出所需图形，保护住不需要刻蚀的部分；甩胶以保护住上述已刻蚀出来的三维孔道结构；再次采用反应刻蚀的方法在硅片的第二面刻蚀出所需要的各种三维结构孔道，完成双面套刻；(3)除胶，释放出双面异构体微喷嘴。进一步的，在所述释放出双面异构体微喷嘴后，进一步根据多层结构设计的要求，将多片双面异构体微喷嘴，孔对孔后进行高温键合，形成一体的多层复杂结构微喷嘴，键合可以多次多层进行。优选地，所述多层复杂结构微喷嘴为同体异构多层复杂结构微喷嘴，所述同体异构多层复杂结构微喷嘴的多层复杂结构通过硅硅键合或通过硅金键合将多个正反两面的同体异构通孔，孔孔相连起来实现。进一步的，所述方法采用物理和/或化学的方法在所述微喷嘴内壁表面形成一层纳米级的功能薄膜层，以制备不同纤维的材料。优选地，所述功能薄膜层，为SiN、SiO2、钽酸锂、Al2O3等层。本专利技术所述方法能够制备纳米级的多层复杂结构的纳米线宽微喷嘴。根据本专利技术的第二目的，提供一种上述方法制造的双面异构体微喷嘴，包括双面异构体，所述双面异构体是指同一基体上正方两面具有不同孔形的通孔结构，该结构是三维微结构，同一基体的正反两面三维微结构是同种同类结构或是完全不同的三维结构，但所述微喷嘴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双面异构体微喷嘴的制造方法，其特征在于：在硅片的第一面刻蚀出所需图形，然后利用双面套刻工艺精确对准后，再从硅片的第二面将图形刻通；采用硅片两面的不同图形的刻蚀，在同一垂直基体内制作异形的连体形貌结构，且在两种图形结构交汇处仍是完整的一体，从而得到双面异构体微喷嘴。

【技术特征摘要】
1.一种双面异构体微喷嘴的制造方法，其特征在于：在硅片的第一面刻蚀出所需图形，然后利用双面套刻工艺精确对准后，再从硅片的第二面将图形刻通；采用硅片两面的不同图形的刻蚀，在同一垂直基体内制作异形的连体形貌结构，且在两种图形结构交汇处仍是完整的一体，从而得到双面异构体微喷嘴。2.根据权利要求1所述的双面异构体微喷嘴的制造方法，其特征在于：按照以下步骤执行：(1)在两块掩膜板上制作出用以两面对准的符号和所需的各类阵列图形；(2)硅片的表面清洁后，在硅片的正反面即第一面、第二面进行如下操作：在硅片的第一面即正面均匀甩上光刻胶，然后通过烘胶将液态的光刻胶固化成固体的光刻胶，形成均匀的光刻胶层；在紫外曝光机上对硅片上的光刻胶层进行紫外曝光；用显影液显影出所需图形，保护住不需要刻蚀的部分；采用刻蚀的方法，在硅片上刻蚀出所需要的各种三维孔道结构；上述刻蚀完成后，去胶并清洁整个硅片，然后，在已有图形的第一面进行甩胶和整体曝光，使其形成保护层，保护已成形的三维结构以免被再次刻蚀；在硅片的第二面即背面进行如下操作：清洁第二面、甩胶、烘胶，准备进行第二面的曝光；采用精准双面对准技术对硅片的第二面进行精确定位与紫外曝光；用显影液显影出所需图形，保护住不需要刻蚀的部分；甩胶以保护住上述已刻蚀出来的三维孔道结构；再次采用反应刻蚀的方法在硅片的第二面刻蚀出所需要的各种三维结构孔道，完成双面套刻；(3)除胶，释放出双面异构体微喷嘴。3.根据权利要求2所述的双面异构体微喷嘴的制造方法，其特征在于：在所述释放出双面异构体微喷嘴后，进一步根据多层结构设计的要求，将多片双面异构体微喷嘴，孔对孔后进行高温键合，形成一体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚锦元，
申请(专利权)人：上海惠浦机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31