一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法与流程

本发明涉及微纳结构成形技术领域，特别是涉及一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法。

背景技术：

近年来,微机电系统在航空航天、环境监控、生物医学等各个领域都有着广泛的应用。微机电系统的内部结构一般在微米级至纳米级,包括大深径比微孔等各种复杂形状微纳结构。玻璃材料具有较高折射率、高抗变形性、低膨胀、高成像质量等特性，在微机电系统领域备受关注。然而目前玻璃等硬脆性材料的微通孔制造技术尚未成熟，无法满足微纳尺度大深径比通孔广泛的应用需求。而传统的加工方法，如微铣削、微钻削等，囿于刀具长度，切削热变形、机床动平衡等自身因素，往往无法加工大深径比微通孔。目前，常见的微孔加工方法有电子束加工和聚焦离子束，即通过高能粒子轰击靶材，造成靶材表面粒子崩坏，从而达到材料的微去除；而电火花加工与飞秒激光加工则是通过小范围高温烧蚀靶材，材料最终被融化而后去除，二者的区别在于材料去除尺寸的不同。

常见的微孔加工方法中电子束加工和聚焦离子束使用条件苛刻、效率低、设备昂贵；电火花腐蚀只能加工导电材料；电火花打孔效率极低、材料局限与导体材料；机械钻孔加工较硬材料困难且深径比小；飞秒激光加工是较为前沿的一种技术，但也存在饱和烧蚀深度这一问题，然而在孔深逐步增加的过程中，形成的碎屑需要更长的时间从孔中飞出，同时随着微孔深度的增加，激光传播至孔底部的能量不断减小，因此，微孔深度增加变缓，最终达到饱和烧蚀深度，微孔深度不再增加。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，首先在工件表面涂覆光刻胶、软质金属膜等支撑层，通过模压成形工艺实现两片玻璃材料键合，然后对支撑层腐蚀去除，即可加工出微孔；可以实现微纳尺度大深径比微孔的加工，加工效率高，制造成本低，具有极高的应用价值。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法，包括以下步骤：

1)、在工件表面加工出微纳沟槽结构；

2)、对微纳沟槽结构进行涂覆支撑层；

3)、将两片涂覆支撑层的工件进行键合；

4)、键合完成后去除工件的支撑层。

优选的，所述工件采用玻璃材料制成。

优选的，所述步骤1)中微纳沟槽结构为半球形。

优选的，所述微纳沟槽结构利用模压成形工艺加工而成。

优选的，所述步骤2)中支撑层为光刻胶或软质金属膜。

优选的，所述步骤3)中两片涂覆支撑层的工件利用模压成形机进行键合。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过利用支撑层，进行玻璃微纳结构的键合工艺实现了大深径比微通孔的加工；涂覆支撑层可以防止键合时微纳沟槽产生变形，很好的兼顾了形变量与键合强度的关系，保证了微通孔的加工精度；

本发明采用的微纳沟槽尺度为微纳尺度，可以加工微米级与纳米级的通孔，突破了传统方法加工微孔的尺度限制；改变微纳结构的形状，可以加工包括大深径比通孔在内的多种复杂形状的微纳结构；

本发明利用模压成形工艺进行玻璃材料的键合，加工材料不受限制，加工效率高，制造成本低可实现批量制造；

综上所述，本发明所提出的微纳通孔制造工艺，具有加工精度高，效率高、成品一致性好的特点，与其他加工方法相比，解决了极限深度的加工难点，更适合大深径比微通孔的加工，是一种高效低成本的加工方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明利用支撑层的微纳结构成形制造方法的流程图；

其中，1为工件，2为微纳沟槽结构，3为支撑层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，首先在工件表面涂覆光刻胶、软质金属膜等支撑层，通过模压成形工艺实现两片玻璃材料键合，然后对支撑层腐蚀去除，即可加工出微孔；可以实现微纳尺度大深径比微孔的加工，加工效率高，制造成本低，具有极高的应用价值。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法，首先在玻璃材料制成的工件1的表面利用模压成形工艺加工出半球形等形状的微纳沟槽结构2，对微纳沟槽结构2进行涂覆光刻胶或喷涂软质金属膜等支撑层3，防止在键合工艺过程中微纳沟槽结构2产生变形；然后将两片涂覆支撑层的玻璃盖板利用模压成形机通过模压成形工艺进行键合，键合完成后去除工件的支撑层3，完成大深径比微纳通孔的加工。

本实施例可以实现大深径比微孔的加工，微孔尺度可以达到微米级及纳米级；涂覆支撑层可以对原有结构进行支撑保护，防止键合时微纳沟槽产生变形，很好地兼顾了形变量与键合强度的关系，加工效率高，制造成本低，具有极高的应用价值。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、在工件表面加工出微纳沟槽结构；

2)、对微纳沟槽结构进行涂覆支撑层；

3)、将两片涂覆支撑层的工件进行键合；

4)、键合完成后去除工件的支撑层。

2.根据权利要求1所述的利用支撑层的微纳结构成形制造方法，其特征在于：所述工件采用玻璃材料制成。

3.根据权利要求1所述的利用支撑层的微纳结构成形制造方法，其特征在于：所述步骤1)中微纳沟槽结构为半球形。

4.根据权利要求3所述的利用支撑层的微纳结构成形制造方法，其特征在于：所述微纳沟槽结构利用模压成形工艺加工而成。

5.根据权利要求1所述的利用支撑层的微纳结构成形制造方法，其特征在于：所述步骤2)中支撑层为光刻胶或软质金属膜。

6.根据权利要求1所述的利用支撑层的微纳结构成形制造方法，其特征在于：所述步骤3)中两片涂覆支撑层的工件利用模压成形机进行键合。

技术总结
本发明公开一种利用支撑层的微纳结构成形制造方法，涉及微纳结构成形技术领域，主要包括以下步骤：1)、在工件表面加工出微纳沟槽结构；2)、对微纳沟槽结构进行涂覆支撑层；3)、将两片涂覆支撑层的工件进行键合；4)、键合完成后去除工件的支撑层。本发明首先在工件表面涂覆光刻胶、软质金属膜等支撑层，通过模压成形工艺实现两片玻璃材料工件的键合，然后对支撑层腐蚀去除，即可加工出微孔；可以实现微纳尺度大深径比微孔的加工，加工效率高，制造成本低，具有极高的应用价值。

技术研发人员：周天丰;朱展辰;王子凡;梁志强;焦黎;解丽静;刘志兵;颜培;王西彬
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2019.09.18
技术公布日：2019.12.13