UV-LIGA电铸 | 制造金属阵列网板
目前制备精细金属网板的主要工艺技术为:光刻-腐蚀法、激光加工法和光刻-电铸法。以化学或电化学溶解为工艺主体的光刻-腐蚀法加工效率高、结构表面光滑但受限于金属的等向刻蚀行为很难制造高深宽比、高分辨率的微结构。包括北京航空制造工程研究所、荷兰STORK公司等在内的国内外金属网板主要制造商利用该工艺制造的网孔筋宽通常都大于50μm。激光加工是非接触式加工方法加工速度快易自动控制但加工壁面粗糙存在重熔层加工精度不高限制了它在精细图形结构加工方面的应用。用光刻-电铸工艺制备的网孔板往往精度高孔形不受限制壁面光滑且开孔率较大。该技术是目前制造高性能精细金属网孔片的主要加工方法在业界颇受关注。
规则密集排布有微小群孔阵列的精细金属网板在化纤、精密仪器、航空航天等领域有广泛应用。如纺织行业喷丝板和印花网、精细过滤网、粒子筛分网、真空荧光显示屏栅极、表面贴装用网板、喷墨打印机喷嘴等。开孔率指单位面积内网孔面积所占百分比是网板的一个重要技术指标。高开孔率对于某些用途的金属网板具有重要的现实意义。例如开孔率越大金属滤(筛)网过流量越大过滤(筛分)效率越高。但是在既定的网孔形状特征与工艺条件下开孔率的提高往往受限于待制网板的厚度。开孔率越大筋宽就越小筋结构特征的高宽比(板厚与筋宽之比)就越大。如要制造厚度为100μm、边长200μm、开孔率为90%的正六边形网孔金属网板其筋宽度要小至18μm筋结构的高宽比高达5:6。另一方面,在一定条件下网板的厚度越大网板的使用性能和寿命就越有保证。但在现实生产中限于现有制造技术的工艺能力,不得不在开孔率与厚度间折中平衡。为此探索大厚度高开孔率的高性能精细金属网板的制备工艺方法,仍是相关业界与学术界的重要研究课题之一,其根本是解决高宽比金属微结构特征的制造难题。
基于SU-8胶的UV-LIGA技术是近年来迅速发展起来的一种低工艺成本的高深宽比微结构制造技术,主要包括光刻、微细电铸和塑铸等 3个工艺环节是上述光刻-电铸组合工艺技术的新拓展。它在制造高深宽比精细金属结构与器件方面具有很强的工艺能力,基于该技术已制造出微型线圈、微型探针、微型流道、微型开关、微型反应器等金属微细器件。
UV-LIGA 技术利用制造集成电路的常规曝光机中的深紫外光代替同步辐射 X 射线对厚胶进行光刻后得到胶模微结构,以此胶模作为电铸模具通过电铸工艺实现金属化,去胶后得到所需的金属微结构。也可以通过后续的微注塑过程实现微器件的批量生产。UV-LIGA 将 IC 生产中的数微米光刻工艺拓展至现在的数十乃至数百微米厚的厚胶光刻中,而且仍然保留了 IC 工艺中的高精度及高分辨率。与 LIGA 技术相比,它既可以得到高深宽比的微结构,又大大降低了对设备的要求,基于该技术已制造出微型线圈、微型探针、微型流道、微型开关、微型反应器等金属微细器件。而且与集成电路生产线的兼容性也比 LIGA 技术好的多,从而大大降低了生产成本,获得越来越多的关注。
LIGA技术 | UV-LIGA技术 | |
光源 | 同步辐射X光 | 常规紫外光(波长为350~450nm) |
掩模板 | 以Au为吸收体的X射线掩模板 | 标准Cr掩模板 |
光刻胶 | 常用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA | 正性和负性光刻胶、聚酰亚胺、SU-8胶 |
深宽比 | 一般>100,最高可达500 | 一般>10,最高可达50 |
胶模厚度 | 几十微米至数厘米 | 几微米~数毫米 |
生产成本 | 很高 | 较低,约为左者的1% |
侧壁垂直度 | 可大于89.9° | 可达88° |
最小尺寸 | 亚微米 | 1~数微米 |
加工温度 | 常温至5°左右 | 常温至5°左右 |
加工材料 | 多种金属陶瓷及塑料等材料 | 多种金属、陶瓷及塑料等材料 |
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