一种微阵列结构图案化的装置的制作方法

本发明涉及微加工技术领域，具体涉及一种微加工的装置。

背景技术：

为了制作阵列图案，特别是微米级别的图案，通常采用光刻的方法。虽然，光刻可以制备各种尺寸均一的阵列图案，然而其需要一整套专门的设备和仪器，该类设备和仪器的成本较高，并且采用该设备和仪器进行阵列图案的制作过程复杂且冗长，非常耗时且费用较高；而且光刻需要先制备一个模板，模板的图案通常要经过多次重复工艺进行缩小才能获得，工艺复杂。并且，其他方法制备微米级别的阵列图案所需要的设备和仪器成本较高。

因此，现有技术中公开的采用现有设备和仪器制作微米级别的阵列图案时，存在制作设备和仪器的成本高，制作工艺复杂等问题。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于，克服现有技术中公开的制作微米级别的阵列图案的设备和仪器的成本高的缺陷，从而提供一种结构简单、成本低廉的微阵列结构图案化的装置。

一种微阵列结构图案化的装置，包括：

冷凝箱，包括第二腔体，设置在第二腔体上的第二温控部件和第二监测组件，设置在第二腔体内的基底，穿过第二腔体延伸到基底上方的树脂注入通道，用于将基底上冷凝的液态微珠冷却成固态的制冷结构；

连接管路，与第二腔体连通，用于为第二腔体提供气态介质导入接口。

所述连接管路上设置有连接阀门。所述第二腔体上还设置有带阀门的调压孔。所述第二监测组件包括湿度检测结构、温度检测结构以及压力检测结构。

本发明还包括与连接管路连通的蒸发箱；所述蒸发箱包括用于盛装介质的第一腔体，对第一腔体中介质加热的第一温控部件。

进一步，所述第一腔体上设置有带阀门的注液孔。

进一步，所述第一腔体上还设置有第一监测组件；所述第一监测组件包括温度检测结构和压力检测结构。

所述基底的材质为硅、二氧化硅、云母、玻璃或者石墨；所述介质为水或者二氧六环等沸点较低，易于蒸发的液态介质。

所述基底表层还设置有接触角调控膜,或者采用化学溶剂对基底进行处理实现接触角的调控；处理方式为将基底直接放置到化学溶剂中进行浸泡，所述化学溶剂包括但不限于过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾、、氢氯酸、硫酸、硝酸。

所述第二腔体上还设置有透明观察窗或/和监视设备安装孔。

所述监视设备安装孔上安装有光纤探头。

所述制冷结构为半导体制冷片，其设置在基底下方。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的微阵列结构图案化的装置，其主要由冷凝箱和为冷凝箱提供气体介质导入接口的连接管路构成，只需通过连接管路与外部的气体介质提供设备连接，即可将气态介质通入到第二腔体中，通过控制第二腔体的温度、压力和湿度，实现特定大小的微珠在第二腔体中的基体上冷凝成型，然后通过制冷结构将冷凝的液态微珠冷却成固态，实现微珠阵列图案的成型，最后通过树脂注入通道将树脂注入到基体上，树脂固化后即可在树脂上形成图案化的微阵列结构，通过升温、清洗去除树脂上的介质即可；本发明装置的整体结构相对简单，制造成本低廉，操作也很简便；因此，本发明提供了一种成本更加低廉、操作更加简便且能够有效实现微阵列结构图案化的新装置。

2.本发明中可以采用现有的气体介质提供设备为本发明的装置直接供气，也可以自行设计气体介质提供设备。为了保证微珠大小的可控性，本发明提供了一种能够为冷凝箱提供气态介质的蒸发箱，所述蒸发箱包括用于盛装介质的第一腔体，对第一腔体中介质加热的第一温控部件；通过连接管路将第一腔体和第二腔体进行连通，该第一腔体内盛装介质，通过第一温控部件将盛装在第一腔体内的液态介质转换成气态，然后通过连接管路将第一腔体内的气态介质导入到第二腔体中，即可实现第二腔体后续微珠的成型，该设计可以同时精确控制蒸发箱和冷凝箱内的温度和压力，更好的实现微珠的微阵列的成型。

3.本发明为了能更好地控制微珠微阵列结构的图案化，本发明在基底的表层上还增加设置了一层接触角调控膜，本发明中该接触角调控膜优选采用hmds(六甲基二硅氧烷)、aptms(3-氨丙基三甲氧基硅烷)、aptes(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)、hmma(六甲氧基甲基三聚氰胺)等单分子膜，或者在基底表面镀金，例如在硅片表面镀金,然后再用烷基硫醇等单分子膜修饰，通过接触角调控膜可以有效调控液态微珠与基底之间的接触角，更好地实现微珠微阵列结构的形成，使微珠的大小更好调控。

4.本发明在第二腔体上还设置有透明观察窗或伸入第二腔体的光纤探头，可有效实时观察微珠成型的形状、大小和构成的阵列图案，使操作更加可控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的结构示意图；

图2为本发明中冷凝箱的内部结构示意图；

附图标记说明：

1-蒸发箱，2-冷凝箱，3-连接管路；

11-第一腔体，12-第一温控部件，13-第一监测组件，14-注液孔；

21-第二腔体，22-第二温控部件，23-第二监测组件，24-基底，25-树脂注入通道，26-制冷结构，27-透明观察窗，28-光纤探头，29-调压孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

一种微阵列结构图案化的装置，如图1和图2所示，包括冷凝箱2和连接管路3。其中，冷凝箱2包括：第二腔体21，设置在第二腔体21上的第二温控部件22和第二监测组件23，设置在第二腔体21内的基底24，穿过第二腔体21延伸到基底24上方的树脂注入通道25，用于将基底24上冷凝的液态微珠冷却成固态的制冷结构26。连接管路3，用于与外部的气体介质提供设备连通，进而将气体介质提供设备中的气态介质导入第二腔体21中。

本发明的装置主要由冷凝箱和为冷凝箱提供气体介质导入接口的连接管路构成，只需通过连接管路与外部的气体介质提供设备连接，即可将气态介质通入到第二腔体中，通过控制第二腔体的温度、压力和湿度，实现特定大小的微珠在第二腔体中的基体上冷凝成型，然后通过制冷结构将冷凝的液态微珠冷却成固态，实现微珠阵列图案的成型，最后通过树脂注入通道将树脂注入到基体上，树脂固化后即可在树脂上形成图案化的微阵列结构，通过升温、清洗去除树脂上的介质即可；本发明装置的整体结构简单，成本低廉，操作也十分简单；因此，本发明提供了一种成本更加低廉、操作更加简便且能够有效实现微阵列结构图案化的新装置。

本发明中可以采用现有的气体介质提供设备为本发明的装置直接提供气体介质，也可以自行设计气体介质提供设备。本发明中提供了一种自行设计的蒸发箱1作为气体介质提供设备，其中，蒸发箱1包括用于盛装介质的第一腔体11，对第一腔体11中介质加热使其变成气态的第一温控部件12。本发明中所用的介质只要是不易燃且热稳定性好的惰性介质均可，进一步优选为沸点较低、易于蒸发的液态介质，该热稳定性好的介质是指在设计工作温度范围之内不发生热分解的介质，本发明中优选为水、硅油或二氧六环。

为了便于对蒸发箱1内介质情况进行及时调控，在所述第一腔体11上设置有带阀门的注液孔14，当第一腔体11内介质含量不足时，可以有效通过注液孔14为腔体补足介质。本发明还在所述第一腔体11上设置有第一监测组件13；所述第一监测组件13包括温度检测结构和压力检测结构。通过温度检测结构和压力检测结构及时监控蒸发箱1内的温度和压力。

本发明中上述的第二温控部件22和第一温控部件12均为温控底座，其设置在相应腔体的下方，即，该温控底座为设置在相应腔体下方，用于为腔体进行加热的加热设备，如图1和图2所示。

为了能够更加精准的控制微珠大小，可以通过在连接管路3上设置的连接阀门使两个腔体完全独立开，有效实现第二腔体中的温度、湿度和压力的独立控制，进而能够实现微珠大小更加精准控制。具体设置为：在连接管路3上设置连接阀门，同时在第二腔体21上设置包括湿度检测结构、温度检测结构以及压力检测结构的第二监测组件23，并且在第二腔体21上设置的带阀门的调压孔29。本发明通过连接管路3上设置的连接阀门控制通入所述第二腔体21内的介质量，可以有效调控第二腔体21内的湿度；通过第二腔体21上设置的带阀门的调压孔29，可以有效调节第二腔体21内的压力；通过第二温控部件22可以及时调节第二腔体21内的温度。因此，本发明通过连接阀门、调压孔29和第二温控部件22的配合，可以及时调节通入第二温控部件22内的温度、湿度和压力，实现微珠大小的精确控制。

为了能直观的了解微珠大小的形成情况，本发明还在所述第二腔体21上设置透明观察窗27或/和监视设备安装孔。所述透明观察窗27可以设置在如图1所示的第二腔体21侧面，也可以设置在第二腔体21的顶面；当设置第二腔体21上设置监视设备安装孔时，所述监视设备安装孔上安装能够看到第二腔体21内微珠情况的探视设备，例如光纤探头28，通过该设备的设置即可更加直观的看到基底24上微珠的成型情况。

为了能使基底表面能够形成有序的微阵列结构的微珠，本发明对基底的材质进行了进一步限定，本发明中基底24的材质优选为硅、二氧化硅、云母或者石墨；只要保证采用的材质制备得到的基底的表面平整，且粗糙度小于微球尺寸即可，通过该设置即可满足相应尺寸大小的微球的制备需求。

为了能使微珠的成型更加均匀，同时能更好的调控介质与基底之间的接触角，保证微珠在基底上的接触角达到30°-150°，在所述基底24表层还设置有接触角调控膜；通过接触角调控膜的设置既能更好的保证基底24表面的性质一致，同时又便于接触角的调控。本发明中只要是能够用于调控介质与基底之间的接触角的材质均可用于基底24进行表面修饰，进而在基底24表面形成接触角调控膜，本实施例中该接触角调控膜的材质优选为包括但不限于修饰在基底表层的hmds(六甲基二硅氧烷)、aptms(3-氨丙基三甲氧基硅烷)、aptes(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)、hmma(六甲氧基甲基三聚氰胺)等单分子膜，或者在基底表面镀金，例如在硅片表面镀金,然后再用烷基硫醇等单分子膜修饰。其中，烷基硫醇包括但不限于十八硫醇。

本发明为了保证微珠在基底上的接触角达到30°-150°；还可以采用化学溶剂对基底进行处理，进而实现接触角的调控。例如：采用化学溶剂过氧化氢或氢氧化钠溶液对基底进行浸泡处理，处理后的基底即可实现接触角的调控。

为了能更好地实现液态微珠更加快速的固化，所述制冷结构26优选为半导体制冷片，其设置在基底24下方。更为优选的，所述制冷结构26为珀尔贴半导体制冷片，该珀尔贴半导体制冷片的制冷面朝向冷凝箱2内部，散热面设置在冷凝箱的箱壁上，供电线从冷凝箱接入，基底设置在制冷面上，根据基底大小选择珀尔贴半导体制冷片的功率，通电后即可实现基底的快速制冷。

采用上述本发明的装置进行微阵列结构图案化的具体过程：

首先，向蒸发箱1的第一腔体11内补充介质，本实施例中该介质为水、硅油或二氧六环，通过第一温控部件12对介质加热，使其转变成气态，保证第一腔体11内气体介质的温度达到290k-400k，压力达到100kpa-200kpa。

其次，通过连接管路3将气体介质导入到冷凝箱2中，控制冷凝箱2中湿度达到20％-80％，并调节第二腔体21内的温度达到280k-360k，压力达到90-150kpa，使介质开始在基底24表面凝结，调节基底的温度至220k-350k，当第二腔体21内的体系慢慢达到动态平衡后，微珠大小达到特定范围内的尺寸大小，此时观察微珠大小，通过调整第二腔体21内的温度、压力和湿度，进而形成特定大小的微珠。

然后，启动制冷结构26，使冷凝的微珠瞬时冷却凝固获得固态微珠，即在基底24上形成固态微珠的微阵列。

最后，通过树脂注入通道25缓慢注入或喷涂树脂，使其与固态微珠表面贴合，并维持一定时间使其流平进而保证完全覆盖基底表面通过冷凝形成的微阵列，然后使得树脂固化，形成稳定结构。所述树脂为热固化或者光固化树脂。

上述稳定结构经过介质分离，以及清洗后获得图案化的微阵列结构。

本发明以水为例，基底的材质为二氧化硅，表面设置一层hmds单分子膜层，表面粗糙度为0.1μm，此时，微珠在基底上的接触角为65度，采用本发明装置生成1μm大小的微珠的微阵列结构的过程如下：

控制第一腔体11内温度为350k，压力为100kpa，打开第一腔体11和第二腔体21的连接阀门，也打开第二腔体21的调压阀，即调压孔29上的阀门，使水蒸汽缓慢进入第二腔体21，控制第二腔体21内温度320k，压力100kpa，基底温度为290k-320k，水蒸汽开始在基底表面凝结，当体系慢慢达到动态平衡，此时观察微珠大小，如果微珠尺寸过大，则关闭与第一腔体11连通的连接阀门，打开第二腔体21上的调压阀，微珠尺寸会逐渐缩小，使得微珠尺寸大小缩小到1μm；如果微珠尺寸过小，则打开与第一腔体11连通的连接阀门，关闭第二腔体21上的调压阀，此时微珠尺寸会逐渐增大，使得微珠尺寸大小增加到1μm。当微珠尺寸大小达到1μm时，关闭连接管路3上的连接阀门以及第二腔体21上的调压阀，此时启动珀尔贴半导体制冷片，极速冷却基底，使得液态微珠凝固。再缓慢注入温度和粘度合适的光固化树脂，本实施例中采用粘度为6000mpa.s的光固化树脂,温度300k，光固化树脂与固态微珠表面贴合，并维持15分钟，光固化树脂表面流平后即可开启紫外光使得树脂固化，进而形成稳定结构。最后，只需使得体系恢复常温，打开第二腔体21，取出光固化后的稳定结构，此时，通过将稳定结构中的树脂层与介质分离，分离面则具有尺寸为1μm左右大小的圆孔阵列结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种微阵列结构图案化的装置，其特征在于，包括：

冷凝箱(2)，包括第二腔体(21)，设置在第二腔体(21)上的第二温控部件(22)和第二监测组件(23)，设置在第二腔体(21)内的基底(24)，穿过第二腔体(21)延伸到基底(24)上方的树脂注入通道(25)，用于将基底(24)上冷凝的液态微珠冷却成固态的制冷结构(26)；

连接管路(3)，与第二腔体(21)连通，用于为第二腔体(21)提供气态介质导入接口。

2.根据权利要求1所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述连接管路(3)上设置有连接阀门；所述第二腔体(21)上还设置有带阀门的调压孔(29)；所述第二监测组件(23)包括湿度检测结构、温度检测结构以及压力检测结构。

3.根据权利要求1或2所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，还包括与连接管路(3)连通的蒸发箱(1)；所述蒸发箱(1)包括用于盛装介质的第一腔体(11)，对第一腔体(11)中介质加热的第一温控部件(12)。

4.根据权利要求3所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述第一腔体(11)上设置有带阀门的注液孔(14)。

5.根据权利要求3或4所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述第一腔体(11)上还设置有第一监测组件(13)；所述第一监测组件(13)包括温度检测结构和压力检测结构。

6.根据权利要求1-5任一所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述基底(24)的材质为硅、二氧化硅、云母、玻璃或者石墨。

7.根据权利要求6所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述基底(24)表层还设置有接触角调控膜。

8.根据权利要求1-7任一所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述第二腔体(21)上还设置有透明观察窗(27)或/和监视设备安装孔。

9.根据权利要求8所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述监视设备安装孔上安装有光纤探头(28)。

10.根据权利要求1-9任一所述的微阵列结构图案化的装置，其特征在于，所述制冷结构(26)为半导体制冷片，其设置在基底(24)下方。

技术总结

本发明提供了一种微阵列结构图案化的装置，解决了现有技术中公开的制作微米级别的阵列图案的设备和仪器的成本高的缺陷，本发明包括冷凝箱和连接管路；所述冷凝箱包括第二腔体，设置在第二腔体上的第二温控部件和第二监测组件，设置在第二腔体内的基底，穿过第二腔体延伸到基底上方的树脂注入通道，用于将基底上冷凝的液态微珠冷却成固态的制冷结构；所述连接管路用于向第二腔体中导入气态介质。本发明的装置具有结构简单、成本低廉等优点。