第5期 微细加工技术 2006年10月 MICROFABRICATION TECHNOLOGY Oct.,2006 文章编号:1003-8213(2006)050051404 基于 UV-LIGA技术的微注塑金属模具的工艺研究 杜立群,秦江2,刘海军2,刘冲2,于同敏 (1.大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连116024 2.大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室,大连116024) 摘要:介绍了一种新颖的微注塑模具的制作方法—一无背板生长法,它是利用负性厚SU8光刻胶, 通过低成本的 UV-LIGA表面微加工工艺,直接在金属基板上电铸镍图形而制作完成的。讨论了 sU8胶与基底的结合特性以及几种去除SU-8胶的有效方法,所制作的微注塑模具已用于微注塑 加工中。无背板生长工艺的突出优点是微电铸时间短、模具质量高,而且还适合于制作其他微机 械组件,是目前MEMS领域中比较有发展前途的加工方法。 关键词:微电铸: UV-LIGA工艺:SU8光刻胶:微注塑模具 中图分类号:TN305 文献标识码:A 1引言 本文介绍了一种基于无背板生长法、简单、低成 本的微注塑模具的SU8胶 UV-LIGA工艺制作技 术。无背板生长法是利用负性厚SU8光刻胶,通过 LGA技术是制作三维微结构的重要技术,是低成本的 UV-LIGA表面微加工工艺,直接在金属基 光刻、电铸和模塑的组合技术,它使制作高精度、高板上电铸镍图形来实现的。与背板生长法相比,由 深宽比的微结构成为可能,由LGA及其相关技术于不需要电铸衬背,因此电铸时间大大缩短。同时 制作的产品正处于发展阶段。但由于受到X射线由于电铸层的面积小,使得铸层内应力的影响也较 光源的限制,以及加工过程中需要沉积大面积毫米小,所制得的表面质量较高 级的金属层作为衬背,属于背板生长工艺,因此微电 铸时间较长2]。而 UV-LIGA工艺在一定深宽比范2实验 围内的制造成本低廉,比LIGA工艺具有更明显的 优势,目前已经成为制作三维微结构最有发展前途 基于无背板生长法的金属微模具制作的基本流 的技术。利用 UV-LIGA技术制作微注塑模具的过程如图1所示,该工艺主要包括以下三步:SU8胶 程就是将光刻胶通过光刻掩模在紫外线下曝光,从的紫外光刻微镍电铸SU8胶的去除 1材料与掩模 而得到光刻胶模,将该胶模作为电铸的芯模,进而得 光刻胶和显影液是 Microchem Corp.公司提供 到金属负拷贝,这就是模塑技术的塑料拷贝3 的 NANO SU82075光刻胶和SU8显影液。SU8 Epon SU8是基于环氧树脂的负性厚光刻胶,光刻胶是一种单个分子中含有8个环氧基的环氧树 具有很好的机械性能,而且它在近紫外光范围内的脂,SU8显影液是单甲基醚丙二醇乙酸酯(PG- 吸收率较低,可用于高深宽比微结构的制作。用MEA),基板是45钢(尺寸为:40mm×40mmx10 sU8胶制作的微结构可用做电铸的芯模,所以SU8mm),本实验使用的光刻掩模是由沈阳47所提供 胶已经广泛地应用于 UV-LIGA工艺4 的,如图2所示。 收稿日期:200640404:修订日期:200640503 基金项目:国家高科技研究发展计划(863项目)资助(2002AA404460:2004AA404260) 多作者简介来群(906-),女,黑龙江人,副教授主要研究方向为微机电系统秦江(193-),男,河南人,在读硕土,主 究方向为SU-8胶紫外光刻工艺:刘海军(1981-),男,河北邢台人,在读硕士,主要研究方向为微电铸加工工艺。第 ! 期 "##$ 年 %# 月 微细加工技术 &’()*+,-)’(,.’*/ .0(1/*2*34 56 ! *786 ，"##$ 收稿日期："##$:#;:#;；修订日期："##$:#!:#< 基金项目：国家高科技研究发展计划（=$< 项目）资助（"##",,;#;;$#；"##;,,;#;"$#） 作者简介：杜立群（%>$$ ? ），女，黑龙江人，副教授，主要研究方向为微机电系统；秦江（%>=< ? ），男，河南人，在读硕士，主 要研究方向为 @A:= 胶紫外光刻工艺；刘海军（%>=% ? ），男，河北邢台人，在读硕士，主要研究方向为微电铸加工工艺。 文章编号：%##<:="%<（"##$）#!:##!%:#; 基于 AB:2’3, 技术的微注塑金属模具的工艺研究 杜立群% ，秦 江" ，刘海军" ，刘 冲" ，于同敏% （%6 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，大连 %%$#";； "6 大连理工大学 辽宁省微纳米技术及系统重点实验室，大连 %%$#";） 摘要：介绍了一种新颖的微注塑模具的制作方法———无背板生长法，它是利用负性厚 @A:= 光刻胶， 通过低成本的 AB:2’3, 表面微加工工艺，直接在金属基板上电铸镍图形而制作完成的。讨论了 @A:= 胶与基底的结合特性以及几种去除 @A:= 胶的有效方法，所制作的微注塑模具已用于微注塑 加工中。无背板生长工艺的突出优点是微电铸时间短、模具质量高，而且还适合于制作其他微机 械组件，是目前 &0&@ 领域中比较有发展前途的加工方法。 关 键 词：微电铸；AB:2’3, 工艺；@A:= 光刻胶；微注塑模具 中图分类号：./<#! 文献标识码：, ! 引言 2’3, 技术是制作三维微结构的重要技术［%］ ，是 光刻、电铸和模塑的组合技术，它使制作高精度、高 深宽比的微结构成为可能，由 2’3, 及其相关技术 制作的产品正处于发展阶段。但由于受到 C 射线 光源的限制，以及加工过程中需要沉积大面积毫米 级的金属层作为衬背，属于背板生长工艺，因此微电 铸时间较长［"］ 。而 AB:2’3, 工艺在一定深宽比范 围内的制造成本低廉，比 2’3, 工艺具有更明显的 优势，目前已经成为制作三维微结构最有发展前途 的技术。利用 AB:2’3, 技术制作微注塑模具的过 程就是将光刻胶通过光刻掩模在紫外线下曝光，从 而得到光刻胶模，将该胶模作为电铸的芯模，进而得 到金属负拷贝，这就是模塑技术的塑料拷贝［<］ 。 0DEF @A:= 是基于环氧树脂的负性厚光刻胶， 具有很好的机械性能，而且它在近紫外光范围内的 吸收率较低，可用于高深宽比微结构的制作。用 @A:= 胶制作的微结构可用做电铸的芯模，所以@A:= 胶已经广泛地应用于 AB:2’3, 工艺［;］ 。 本文介绍了一种基于无背板生长法、简单、低成 本的微注塑模具的 @A:= 胶 AB:2’3, 工艺制作技 术。无背板生长法是利用负性厚 @A:= 光刻胶，通过 低成本的 AB:2’3, 表面微加工工艺，直接在金属基 板上电铸镍图形来实现的。与背板生长法相比，由 于不需要电铸衬背，因此电铸时间大大缩短。同时 由于电铸层的面积小，使得铸层内应力的影响也较 小，所制得的表面质量较高。 # 实验 基于无背板生长法的金属微模具制作的基本流 程如图 % 所示，该工艺主要包括以下三步：@A:= 胶 的紫外光刻、微镍电铸、@A:= 胶的去除。 #$ ! 材料与掩模 光刻胶和显影液是 &G7HE7IJK (EHD6 公司提供 的 /,/*.& @A:= "#L! 光刻胶和 @A:= 显影液。@A:= 光刻胶是一种单个分子中含有 = 个环氧基的环氧树 脂，@A:= 显影液是单甲基醚丙二醇 乙酸酯（ M3: &0,），基板是 ;!N 钢（尺寸为：;# KK O;# KK O %# KK），本实验使用的光刻掩模是由沈阳 ;L 所提供 的，如图 " 所示。 万方数据