[发明专利]半球形金属微颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种金属微颗粒的制备方法，具体为一种形状规则统一、尺寸大小相同的半球形金属微颗粒制备方法。本发明属于金属颗粒制备领域。

背景技术

现存的金属颗粒制备方法制作的金属颗粒形状不规则，尺寸大小不统一，难以满足工业产品开发、科学研究实验等需求。

市来浩一在专利公开号CN1727098A公开的通过电解法制备金属颗粒的方法，该方法是通过振动将细碳纤维分散于电解溶液中，然后通过电解方法使含有细碳纤维的金属颗粒沉积在阴极上，最后通过超生冲击使金属颗粒与阴极分离。虽然该方法能够批量制备金属颗粒，但其无法精确控制金属颗粒的大小和形状。

中国发明专利公开号CN1255415公开的锌粒的制作方法。该方法是将熔融状态的锌液直接滴入冷凝浴槽内，冷凝浴槽内装有水直接冷却熔融状态锌液，最后获得锌粒。该方法仍不能有效的控制颗粒的尺寸和形状。

美国专利388956公布了一种采用溶滴法加工金属颗粒的方法。在该方法中，使熔融铁的熔液朝着一个水平的固定部件落下，溶体撞击该部件时，由于其本身的动能而破碎，形成不规则的溶滴，这些溶滴往上述部件的上方和向外运动，然后落入位于所连部件下面的冷却介质溶液中，采用这种方法可以制作金属颗粒，但是该方法制作的颗粒大小不一，形状各异。

美国东北大学工学院的Abesi在论文（Uniform droplet spraying of Aluminum alloys）设计了金属均匀颗粒发生器，该装置主要由内经为0.6m的石英玻璃真空室、加热装置、气体空热系统、振荡系统、颗粒充电系统、实时监控系统和容量系统组成。该方法制备的金属颗粒尺寸均匀性好，但是耗能高、效率低，不能精确控制颗粒的形状。

在此背景下，本发明提出一种基于光刻、电镀和腐蚀技术的金属颗粒制备方法，该方法制备的金属颗粒致密，表面光洁、无裂纹，形状规则统一，尺寸大小均匀稳定。

发明内容

本发明目的在于克服现存颗粒制备方法中，颗粒大小不统一、形状不规则等缺点，实现半球形金属颗粒的精确制备。半球形金属微颗粒的半径从1微米至1毫米均可。

本发明其特征在于采用光刻、电镀和刻蚀技术制备金属颗粒，具体步骤如下：

S1、首先制备掩膜版，用计算机软件绘制出要制作的半球形金属颗粒最大截面形状，然后转印在石英玻璃或者胶片上，在曝光时使用。

S2、选用玻璃或硅片作为基底，采用去离子水清洗干净，并烘干。

S3、采用等离子体增强化学气相沉积PECVD技术，在基底上生成一层氮化硅Si₃N₄薄膜。

S4、在制备的氮化硅薄膜上涂一层光刻胶，然后在匀胶台上匀胶，使光刻胶均匀分布在氮化硅薄膜上，并烘干；光刻胶有正性光刻胶和负性光刻胶之分，正性光刻胶是在显影时将被曝光部分光刻胶去除，将未被曝光部分光刻胶保留，负胶相反；根据需要采用正性光刻胶或负性光刻胶。

S5、将涂好光刻胶的基片放置在曝光机上，并与预先制作好的掩膜版对正，然后进行曝光。

S6、通过显影，将金属颗粒图形转移到光刻胶上，然后对基片进行烘烤，以去除显影时所吸收的显影液和残留水分。

S7、将显影后的基片，置入到配置好的腐蚀液中，以去除无光刻胶部分的氮化硅薄膜。

S8、将基片放置到等离子反应刻蚀机中，进行刻蚀，无光刻胶部位可得到半球形凹槽。然后用去离子水清洗干净并烘干。所述的刻蚀为各向同性刻蚀。

S9、将基片放入溅射台，在基片正面上溅射一层电镀种子层。所述的电镀种子层是为了电镀时半球形凹槽部位能通过该种子层形成电流，从而制备出金属颗粒。

S10、在制备的电镀种子层上涂一层负性光刻胶，然后在匀胶台上匀胶，使光刻胶均匀分布在基片上，并烘干。

S11、将涂好光刻胶的基片放置在曝光机上，并与预先制作好的掩膜版对正，然后进行曝光。

S12、通过显影，将金属颗粒图形转移到光刻胶上，然后对基片进行烘烤，以去除显影时所吸收的显影液和残留水分，并对剩余部分的光刻胶固化。

S13、采用电镀工艺，首先镀前预处理，将基片放置到稀硫酸中清洗。然后开始电镀，将基片作为阴极，金属块作阳极，分别放置在电镀浴液中，并通入直流电流或脉冲直流电流，进行电镀；有光刻胶的部位无变化，无光刻胶部位的种子层上会生长出金属颗粒。

S14、采用等离子刻蚀或去胶液去除基片上的光刻胶，然后放置在装有纯净水的容器中，采用超声清洗机对其进行超声振动冲击，使金属颗粒脱离电镀种子层，从而得到所需的金属颗粒。