一種適用納米材料的電極的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電極技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用納米材料的電極的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，以及工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)和控制方法。適用納米材料的電極可與現(xiàn)有的納米材料進(jìn)行結(jié)合以形成納米材料修飾電極，進(jìn)而應(yīng)用于電化學(xué)傳感器、生物傳感器或光學(xué)傳感益寺。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料作為近幾年最受關(guān)注的新材料之一，在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，特別是因其特殊的尺寸效應(yīng)，在與周圍分子、原子作用時，其表面活性大為提高，從而使其在生物檢測和電化學(xué)方面的應(yīng)用極具優(yōu)勢。
[0003]基于納米材料的量子化效應(yīng)和表面效應(yīng)，其在光學(xué)傳感器、氣體傳感器等方面具有相較體態(tài)材料更出色的性能表現(xiàn)。因此，納米材料修飾電極作為納米材料傳感器的核心部分，其已經(jīng)成為當(dāng)今熱點(diǎn)研宄領(lǐng)域之一。
[0004]目前，在實(shí)驗(yàn)研宄中，制作適用納米材料的電極一般采用EBL(electron beamlithography，電子束曝光)加工方法，EBL是一種利用高能電子束在工件面上進(jìn)行蝕刻的方法；該方法精度高但成本較高，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。然而，隨著研宄的不斷發(fā)展與普及，逐個生產(chǎn)適用納米材料的電極已不再能滿足研宄的需要，工業(yè)化批量生產(chǎn)勢在必行。
[0005]另一方面，反觀現(xiàn)有的薄膜化電極，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但無法與現(xiàn)有的納米材料相契合。其中最大的問題就是電極溝槽的尺度過大，精度較低，納米材料很難在其中均一地、有序地進(jìn)行鋪展；而大多數(shù)電子器件要求納米結(jié)構(gòu)具有良好的取向性，以獲得預(yù)期的性能。因此，如何對現(xiàn)有的電極工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使其制作出來的電極能夠滿足納米材料的需要，是目前研宄亟待解決的問題。
[0006]現(xiàn)有的工業(yè)化生產(chǎn)中，電極溝槽的主要制作方法分為機(jī)械加工法和光刻法。其中，機(jī)械加工法有成本低，生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，在納米材料等研宄開展以前，因?yàn)椴恍枰獙挾葹槲⒚琢考壍臏喜?，機(jī)械加工法的優(yōu)勢明顯；然而該方法刻出的電極溝槽寬度過大，不適合納米材料的應(yīng)用。光刻法是指利用正性光致抗蝕劑制作圖形的一種方法，光刻法根據(jù)正性光致抗蝕劑的種類不同分為正性光致抗蝕劑光刻和負(fù)性正性光致抗蝕劑光刻，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了工業(yè)化生產(chǎn)中，相較于機(jī)械加工法，光刻法具有效率較高，刻出的槽寬度較窄等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]但是，現(xiàn)有技術(shù)中利用光刻法在制作電極溝槽的應(yīng)用中仍然存在很多不足。
[0008]負(fù)性正性光致抗蝕劑光刻是指負(fù)性光致抗蝕劑受光照部分發(fā)生反應(yīng)而成為不溶物，非曝光部分被顯影液溶解，曝光后利用化學(xué)試劑對已溶解部分下面的襯底進(jìn)行化學(xué)蝕亥|J。然而在實(shí)際操作過程中，由于無法避免化學(xué)試劑的切向刻蝕，這樣使得刻出來的溝槽寬度增大。對于傳統(tǒng)的薄膜化電極來說，因其不要求極細(xì)的溝槽，再加上溝槽尺度本身就很大，切向刻蝕可以忽略不計。但是，對于適用納米材料的電極來說，增大溝槽的寬度就無法達(dá)到預(yù)期的要求。
[0009]因此，在精細(xì)加工中一般采用正性光致抗蝕劑進(jìn)行光刻。正性光致抗蝕劑光刻是指正性光致抗蝕劑受光照部分發(fā)生降解反應(yīng)從而能夠被顯影液所溶解，留下的非曝光部分的圖形與掩模版保持一致。該方法也存在如下問題:首先，在鍍膜過程中，未曝光部分的正性光致抗蝕劑會被鍍上的導(dǎo)電金屬包裹，溝槽寬度越小，包裹的就越嚴(yán)重，去膠液越難將內(nèi)部的正性光致抗蝕劑去除；其次，在去除正性光致抗蝕劑后，一些導(dǎo)電金屬的碎片會被吸附在溝槽內(nèi)部造成短路，一旦出現(xiàn)這種情況，制成的電極就完全沒有效果。上述問題反映到工業(yè)化生產(chǎn)中的結(jié)果就是次品率就會提高，無形中增大了成本，降低了生產(chǎn)效率，減少了收益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種適用納米材料的電極的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備及其控制方法。
[0011]本發(fā)明提出的一種適用納米材料的電極的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，包括:控制系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)、涂膠系統(tǒng)、曝光系統(tǒng)、鍍膜系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)，其中:
[0012]控制系統(tǒng)與傳送系統(tǒng)、涂膠系統(tǒng)、曝光系統(tǒng)、鍍膜系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)連接；
[0013]傳送系統(tǒng)用于將電極基底按照工藝順序在涂膠系統(tǒng)、曝光系統(tǒng)、鍍膜系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)進(jìn)行傳送；
[0014]涂膠系統(tǒng)用于在電極基底表面涂覆正性光致抗蝕劑并進(jìn)行干燥處理；
[0015]曝光系統(tǒng)用于在電極基底上涂覆正性光致抗蝕劑一側(cè)表面接觸放置光掩膜基版后進(jìn)行曝光處理，再將曝光后的電極基底浸泡在顯影溶液中以除去已曝光的正性光致抗蝕劑，然后對電極基底進(jìn)行干燥處理；
[0016]鍍膜系統(tǒng)用于在電極基底表面鍍上導(dǎo)電金屬膜層，其中導(dǎo)電金屬與電極基底的粘附性大于導(dǎo)電金屬與正性光致抗蝕劑的粘附性；
[0017]后處理系統(tǒng)用于將電極基底浸泡在有機(jī)溶液中進(jìn)行超聲處理，在超聲處理過程中包覆在未曝光的正性光致抗蝕劑表面的導(dǎo)電金屬膜層從其上破裂脫落，進(jìn)而未曝光的正性光致抗蝕劑在有機(jī)溶液中溶解以在電極基底表面形成適用納米材料的寬度為微米量級的電極溝槽，通過檢測電極溝槽兩側(cè)電極基底的回路導(dǎo)通情況控制超聲處理的工作狀態(tài)，在超聲完成之后進(jìn)行干燥處理和電極裁剪處理。
[0018]其中，后處理系統(tǒng)包括超聲清洗裝置，超聲清洗裝置包括超聲機(jī)、機(jī)械臂、夾持頭、傳感器、驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動機(jī)械臂上下運(yùn)動以進(jìn)出超聲機(jī)，多個夾持頭安裝在機(jī)械臂上用于夾持電極基底，多個夾持頭由導(dǎo)電材料制成，夾持在任意一個電極溝槽兩側(cè)的相鄰兩個夾持頭通過一個傳感器連接，傳感器用于檢測電極溝槽兩側(cè)電極基底的回路導(dǎo)通情況，通過傳感器的檢測結(jié)果控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)；優(yōu)選地，在所有傳感器的檢測結(jié)果都處于回路斷開狀態(tài)時，控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動機(jī)械臂向上運(yùn)動以帶動電極基底退出超聲機(jī)，完成超聲處理；優(yōu)選地，超聲機(jī)的超聲工作功率不大于200W，優(yōu)選地，超聲工作頻率不大于190W，優(yōu)選地，超聲工作頻率不大于180W。
[0019]其中，后處理系統(tǒng)還包括干燥裝置，干燥裝置用于對超聲完成之后的電極基底進(jìn)行干燥處理，干燥溫度控制在55°C至65°C之間；優(yōu)選地，后處理系統(tǒng)還包括裁剪裝置，裁剪裝置用于對干燥處理之后的電極基底進(jìn)行裁剪處理得到電極成品。
[0020] 其中，鍍膜系統(tǒng)采用磁控蒸發(fā)鍍膜裝置在電極基底表面鍍上導(dǎo)電金屬膜層。
[0021 ] 其中，曝光系統(tǒng)包括曝光裝置，曝光裝置用于在電極基底上涂覆正性光致抗蝕劑一側(cè)表面接觸放置光掩膜基版后進(jìn)行紫外曝光處理，優(yōu)選地，正性光致抗蝕劑采用紫外正性光致抗蝕劑，曝光裝置提供紫外光源，其波長范圍為3300A至3400A，曝光時間為4到6分鐘；優(yōu)選地，曝光系統(tǒng)還包括浸泡裝置，浸泡裝置用于將曝光后的電極基底浸泡在其中的顯影溶液中以除去已曝光的正性光致抗蝕劑，優(yōu)選地，顯影溶液采用堿性溶液；優(yōu)選地，曝光系統(tǒng)還包括干燥裝置，干燥裝置用于對電極基底進(jìn)行干燥處理，干燥裝置的溫度控制在150°C至200°C之間；優(yōu)選地，曝光系統(tǒng)還包括剪裁裝置，剪裁裝置用于對電極基底進(jìn)行初步裁剪以符合鍍膜系統(tǒng)的一次鍍膜工藝長度。
[0022]其中，涂膠系統(tǒng)包括涂膠機(jī)，涂膠機(jī)用于在電極基底表面涂覆正性光致抗蝕劑，其涂膠厚度為1_2_ ;優(yōu)選地，涂膠系統(tǒng)還包括刮漿器，刮漿器用于將涂覆在電極基底的正性光致抗蝕劑刮平；優(yōu)選地，涂膠系統(tǒng)還包括干燥裝置，干燥裝置用于對電極基底的正性光致抗蝕劑進(jìn)行干燥處理，干燥溫度控制在95°C到105°C之間，干燥時間為4到6分鐘。
[0023]其中，電極基底采用聚酰亞胺薄膜，導(dǎo)電金屬采用金。
[0024]本發(fā)明還提出了一種適用納米材料的電極的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的控制方法，包括:
[0025]S1、在電極基底表面涂覆正性光致抗蝕劑并進(jìn)行干燥處理；
[0026]S2、在電極基底上涂覆正性光致抗蝕劑一側(cè)表面接觸放置光掩膜基版后進(jìn)行曝光處理，將曝光后的電極基底浸泡在顯影溶液中以除去已曝光的正性光致抗蝕劑，對電極基底進(jìn)行干燥處理；
[0027]S3、在電極基底表面鍍上導(dǎo)電金屬膜層，其中導(dǎo)電金屬與電極基底的粘附性大于導(dǎo)電金屬與正性光致抗蝕劑的粘附性；
[0028]S4、將電極基底浸泡在有機(jī)溶液中進(jìn)行超聲處理，在超聲處理過程中包覆在未曝光的正性光致抗蝕劑表面的導(dǎo)電金屬膜層從其上破裂脫落，進(jìn)而未曝光的正性光致抗蝕劑在有機(jī)溶液中溶解以在電極基底表面形成適用納米材料的寬度為微米量級的電極溝槽，通過檢測電極溝槽兩側(cè)電極基底的回路導(dǎo)通情況控制超聲處理的工作狀態(tài)，在超聲完成之后進(jìn)行干燥處理和電極裁剪處理。
[0029]其中，在S4中，所述通過檢測電極溝槽兩側(cè)電極基底的回路導(dǎo)通情況控制超聲處理的工作狀態(tài)具體包括:通過檢測電極溝槽兩側(cè)電極基底的回路導(dǎo)通情況，當(dāng)所有電極溝槽兩側(cè)的電極基底都處于回路斷開