基于光敏印章印刷的微制造方法及其应用研究

发布时间：2017-04-23 21:08

  本文关键词：基于光敏印章印刷的微制造方法及其应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为微机电系统(MEMS)技术的核心,微制造技术一直是学术界的研究热点和工业界的研发重点。目前主流的微制造技术主要有如下几种：光刻、化学刻蚀、LIGA、热压印、纳米压印、软刻蚀／微接触印刷和微机加工,每种方法各有其适用领域。进行MEMS相关产品开发时,需要经历反复迭代的过程,时间跨度长,研发人员希望能尽快得到所设计出的具体产品,以便后续的分析测试。但是适合大批量生产的光刻技术成本昂贵,使得反复迭代设计代价过高,而若使用依赖模版复制的微制造技术,又因为原始模版仍依赖光刻技术,模版本身的制造将导致产品迭代速度放缓,因此寻找一种模板制造更为便捷、成本更为低廉的微制造方法具有重要意义。基于此,本文提出了光敏印章印刷的微制造方法,使用日常生活中的光敏印章垫材料来快速制造所需模版,可作为软刻蚀、微浇注等工艺的复制模版。该方法首先利用三维软件设计微结构图案,得到掩模,其次将光敏垫和掩模上一齐放入光敏印章机中进行曝光,曝光后,与掩模图案相反的微结构便会传递至光敏印章。以该方法的工艺研究和实际应用为核心,本文的工作主要围绕以下内容展开：一、可行性验证与原理分析。验证了光敏印章印刷工艺用于微结构快速制造的可行性,并从原理上进行分析解释。首先讨论光敏印章中常用的掩模材料及其分别适用的场合；其次,针对曝光能量和曝光次数两大工艺参数进行单因素试验,对曝光效果的影响进行了研究和优化。二、跨尺度多级微结构的快速嵌套加工。跨尺度多级微结构在微电子器件、表面纹理制造、仿生微结构等领域中有着极其广泛的应用。研究发现通过更换掩模,进行多次复合曝光,可实现跨尺度多级微结构的快速嵌套加工。通过调整曝光用的掩模灰度,可实现不同深度微结构的一次成型,从而用于仿生皮肤纹理制造,并在细胞生物学、分析化学等领域具有广阔的应用前景。三、光敏印章印刷微制造技术在应用层面的拓展。将光敏印章印刷的微制造技术用于微流控纸芯片和柔性电路制造。以图案化的光敏印章为模版,以印刷方式来完成纸芯片制造,并将制得的纸芯片用于亚硝酸根离子浓度分析,操作过程简单快捷；将有亲疏水通道的纸芯片浸润于导电墨水中,待其自然风干后,得到柔性纸基电路,可用于制作柔性微触开关、三维LED灯等。
【关键词】：光敏印章 软刻蚀 纸基微流控芯片 跨尺度微结构 柔性电路
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：D918.92
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 引言13
• 1.2 微制造技术概况13-19
• 1.2.1 光刻13-14
• 1.2.2 刻蚀14-15
• 1.2.3 LIGA技术15-16
• 1.2.4 微细特种加工技术16
• 1.2.5 纳米压印技术16
• 1.2.6 软刻蚀徽加工技术16-19
• 1.3 光敏印章印刷简介19-23
• 1.3.1 微流控芯片20-21
• 1.3.2 细胞生物学21-23
• 1.4 论文主要研究内容和框架23-24
• 1.4.1 论文主要研究内容23
• 1.4.2 论文架构23-24
• 1.5 本章小结24-25
• 第2章 光敏印章印刷微制造工艺25-35
• 2.1 光敏印章材料特性25
• 2.2 基于光敏印章制造微结构原理25-26
• 2.3 光敏印章印刷常用的掩模材料26-29
• 2.3.1 硫酸纸26-27
• 2.3.2 光绘聚酯底片27
• 2.3.3 金属掩模版27-29
• 2.4 光敏印章机参数对微结构制备的影响29-34
• 2.4.1 微结构的制造30-32
• 2.4.2 曝光次数对微结构制备的影响32-33
• 2.4.3 曝光能量对微结构制备的影响33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 基于光敏印章印刷的多级微结构制造35-53
• 3.1 多级微结构35-39
• 3.1.1 多级微结构制备37-39
• 3.2 不同深度层次微结构的一次性成型39-43
• 3.2.1 不同深度微结构制备40-42
• 3.2.2 三维人像制作42-43
• 3.3 光敏印章作为模版用于浇注43-47
• 3.3.1 聚合物微流控芯片制造43-46
• 3.3.2 仿皮肤纹理制造46-47
• 3.4 分辨率测量47-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 基于光敏印章印刷的纸基微流控芯片制造53-67
• 4.1 毛细效应和纸张选择53-54
• 4.1.1 毛细效应53-54
• 4.1.2 纸张的选择54
• 4.2 纸基微流控芯片制备54-60
• 4.2.1 纸基微流控芯片制作原理54-56
• 4.2.2 盖章后滤纸表面接触角测定56-57
• 4.2.3 待分析溶液无动力自流动57
• 4.2.4 复杂流道图案制备57-58
• 4.2.5 分辨率测量58-60
• 4.3 纸芯片用于亚硝酸根离子浓度检测60-61
• 4.4 常见纸芯片制备技术比较61-65
• 4.5 成本分析65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第5章 基于光敏印章印刷的柔性电路制造67-79
• 5.1 导电材料的选择67-69
• 5.1.1 导电油墨67-68
• 5.1.2 导电墨水68-69
• 5.2 柔性电路制备69-75
• 5.2.1 柔性纸电路制作原理69-72
• 5.2.2 分辨率测量72-73
• 5.2.3 柔性微触开关73-74
• 5.2.4 三维立体柔性LED74-75
• 5.3 常见纸基柔性电路制备技术比较75-77
• 5.4 成本分析77-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第6章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-87
• 攻读硕士学位期间科研成果87

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本文编号：323006