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申请/专利权人：大连海事大学

摘要：本发明公开了一种微尺度ITO电极的加工装置和方法，属于微电极加工技术领域，该刻蚀装置包括净化模块、干燥模块、等离子清洗模块和刻蚀进程监测电路模块。清除ITO玻璃片表面有机物的有机物清除净化单元与清除ITO玻璃片和PDMS片表面的无机物的无机物清除净化单元；干燥模块将ITO玻璃片与PDMS片进行干燥处理；ITO玻璃与PDMS片经过等离子清洗模块处理之后键合得到微流控芯片；刻蚀进程监测电路模块用于监控和显示微流控芯片是否完成ITO玻璃的刻蚀。基于微尺度ITO电极的加工方法，能够刻蚀最小宽度为1微米的高精度电极，并且使用的刻蚀液量极少，有效的避免了试剂浪费和环境污染。

主权项：1.一种微尺度ITO电极的加工装置，其特征在于：包括净化模块1、干燥模块2、等离子清洗模块3和刻蚀进程监测电路模块4；所述净化模块1包括用于清除ITO玻璃片表面有机物的有机物清除净化单元10及清除ITO玻璃片和PDMS片表面的无机物的无机物清除净化单元11；所述干燥模块2将所述净化模块1清除净化后得到的ITO玻璃片与PDMS片进行干燥处理；所述等离子清洗模块3将表面干燥的ITO玻璃和PDMS片进行等离子清洗处理；其中ITO玻璃与PDMS片键合得到微流控芯片；所述刻蚀进程监测电路模块4用于监控和显示微流控芯片是否完成ITO玻璃的刻蚀；刻蚀进程监测电路模块4包括导电电极贴片、LED灯珠、开关和电源；所述导电电极贴片使用时贴在所刻电极两侧，将ITO玻璃片接入刻蚀进程监测电路模块4；所述LED灯珠串联进刻蚀进程监测电路模块4，当所刻电极未刻蚀完成时，电路处于通路状态，LED灯珠发光，当所刻电极刻蚀完成时，电路处于断路状态，LED灯珠熄灭；所述有机物清除净化单元10采用可移动丙酮溶液浸泡容器100，所述无机物清除净化单元11采用超声波清洗装置110；所述干燥模块2包括风干单元20和烘干单元21，所述风干单元20包括用马达驱动的风扇200、软管201和喷嘴202，所述软管201的一端通过壳体5上出风口延伸至壳体5的外部，软管201的另一端放置在所述风扇200正面的底部；所述喷嘴202和所述软管201的另一端相连接。

全文数据：一种微尺度ITO电极的加工装置和方法技术领域本发明涉及微电极加工技术领域尤其涉及一种微尺度ITO电极的加工装置和方法。背景技术ITO导电玻璃因具有良好导电性、高透光性、易加工等优点，在智能手机、平板电脑、大屏触控等领域具有广泛的应用。根据具体要求对ITO玻璃进行刻蚀是生产和研究中几乎无法避免的重要一环，而刻蚀工艺的精度水平又往往限制着ITO玻璃的应用范围和使用效果，因而ITO玻璃的精密刻蚀技术成为当前研究的热点之一。ITO玻璃的刻蚀方法主要分为两种，即干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀主要使用激光作为工具，该方法刻蚀效率较高，能够在较短时间内刻蚀大量具有较为复杂的图案ITO玻璃。但是该方法的不足之处在于对激光光源的要求较高，从而增加刻蚀成本。并且由于光散射效应，当刻蚀宽度小于100微米的电极时，对激光发射器提的要求大大提高。因此，受制于激光雕刻机的刻蚀精度和引进成本，该刻蚀方法在ITO精密刻蚀领域难以推广。湿法刻蚀主要使用酸溶液利用化学反应刻蚀掉导电玻璃表面的锡掺杂氧化铟薄膜。该方法在玻璃刻蚀技术领域应用最为广泛，技术也最为成熟，但是该方法普遍存在刻蚀液的浪费及废液污染问题，并且湿法刻蚀的最小线宽普遍大于50微米，而线宽小于50微米时电极呈现出明显的锯齿状边缘，精度极低，该方法主要用于工业生产，难以满足实验室等对线宽和精度要求较高的场合。微流控芯片技术可以在微米级结构通道中完成化学试剂的注入、混合、分离等处理，具有集成化与高通量的优点。本发明提出利用微流控芯片技术进行ITO玻璃的刻蚀，大大提高了刻蚀精度，同时降低了刻蚀液的消耗。能够在一片ITO玻璃片上同时进行多个电极的刻蚀；由于微流控芯片通道的刻蚀腔体非常小，因而大大降低了刻蚀液的消耗，废液污染问题也得到有效解决。发明内容目前湿法刻蚀存在刻蚀液的浪费及废液污染问题，并且湿法刻蚀的精度普遍不高，刻蚀高精度电极所需要的步骤往往较为繁琐，并且对操作人员的要求较高，本发明公开了一种微尺度ITO电极的加工装置，包括净化模块，干燥模块、等离子清洗模块和刻蚀进程监测电路模块。所述净化模块包括用于清除ITO玻璃片表面有机物的有机物清除净化单元与清除ITO玻璃片和PDMS片表面的无机物的无机物清除净化单元；所述干燥模块将所述净化模块清除净化后得到的ITO玻璃片与PDMS片进行干燥处理；所述等离子清洗模块将表面洁净干燥的ITO玻璃和PDMS片进行等离子清洗处理；其中ITO玻璃与PDMS片键合得到微流控芯片；所述刻蚀进程监测电路模块用于监控和显示微流控芯片是否完成ITO玻璃的刻蚀。进一步地，所述有机物清除净化单元采用可移动丙酮溶液浸泡容器，所述无机物清除净化单元采用超声波清洗装置；进一步地，该装置，还包括外壳体，所述净化模块、干燥模块和刻蚀进程监测电路模块安装在所述外壳体的内部；进一步地，所述干燥模块包括风干单元和烘干单元，所述风干单元包括用马达驱动的风扇、软管和喷嘴，所述软管的一端通过壳体上出风口延伸至壳体的外部，软管的另一端的放置在所述风扇正面的底部；所述喷嘴和所述软管的另一端相连接；进一步地，所述烘干单元包括加热板、调节加热板温度的温度调节器、显示加热板表面温度的温度显示器和固定压片夹，所述温度调节器与所述加热板和所述温度显示器相连接，所述压片夹通过螺栓固定在加热板上。一种微尺度ITO电极的加工方法，包括以下步骤：S1:在ITO玻璃片的正面或反面标记刻痕，用于区分玻璃片的导电面或绝缘面,将ITO玻璃片放入丙酮溶液浸泡容器中浸泡去除ITO玻璃片表面的有机物,将容纳有ITO玻璃的丙酮浸泡容器及PDMS片放入超声波清洗装置里清除表面的无机物,使用去离子水冲洗ITO玻璃片正反面一分钟清除丙酮溶液；S2:将ITO玻璃片与PDMS片放在所述风干单元的喷嘴下吹干玻璃片表面的水分；再将ITO玻璃片置于所述加热板上烘干表面残余水分；S3:用皮带打孔器在PDMS片上加工注液孔；揭开PDMS片上的保鲜膜；ITO玻璃片与PDMS片放进等离子清洗模块里进行等离子处理；ITO玻璃片与PDMS片键合得到微流控芯片；S4:将微流控芯片放到烘干单元上使用固定夹片夹固定；导电电极贴片的两端贴在微流控芯片所刻电极的两侧，串联进刻蚀进程监测电路模块里，调节温度调节器加热温度至80℃；S5:通过注液孔将刻蚀液注射到所述到微流控芯片刻蚀通道里；刻蚀进程监测电路模块里的LED灯灭表示ITO玻璃刻蚀过程完成。进一步地，还包括完成刻蚀之后清除PDMS片的方法，包括以下步骤：S1:用手揭掉ITO玻璃片上的PDMS片，使刻蚀通道得以暴露，使用无尘纸擦拭ITO玻璃上的刻蚀通道,将带有少量难以清除的残余PDMS的ITO玻璃片放入盛有环已烷的试剂瓶中浸泡12小时,将取出的ITO玻璃片使用去离子水冲洗，然后再使用无尘纸擦干；S2:将ITO玻璃片放入丙酮溶液浸泡容器100中浸泡三十分钟,然后将ITO玻璃及丙酮溶液浸泡容器100一起放入超声波清洗装置里清洗五分钟；S3:使用去离子水冲洗干净ITO玻璃，再用风干单元吹干。由于采用了上述技术方案，本发明提供的名称一种微尺度ITO电极的加工装置，净化模块清除净化ITO玻璃片表面和PDMS片表面；干燥模块将ITO玻璃片进行干燥处理；基于该装置的微尺度ITO电极的加工方法能够实现在ITO玻璃片上刻蚀最小宽度为1微米的高精度电极；刻蚀进程监控电路的LED灯珠实时监控刻蚀进程，避免刻蚀不足和刻蚀过度等问题；基于该方法，刻蚀过程中所耗刻蚀液的量极少，节约了刻蚀成本的同时有效避免了废液对环境的污染。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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本发明的装置模块图；图2为本发明装置的主视图；图3为本发明装置的俯视图；图4为本发明的刻蚀进程监测电路图；图5为本发明的刻蚀流程图。图中：1、净化模块，2、干燥模块，3、等离子清洗模块，4、刻蚀进程监测电路模块，5、壳体，10、有机物清除净化单元，11、无机物清除净化单元，20、风干单元，21、烘干单元，100、丙酮溶液浸泡容器，110、超声波清洗装置，200、风扇，201、软管，202、喷嘴，210、加热板，211、温度调节器，212、温度显示器，213、固定压片夹。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。图1为本发明的装置模块图，图2为本发明装置的主视图，图3为本发明装置的俯视图，该装置包括净化模块1、干燥模块2、等离子清洗模块3和刻蚀进程监测电路模块4，所述净化模块1包括用于清除ITO玻璃片表面有机物的有机物清除净化单元10与清除ITO玻璃片和PDMS片表面的无机物的无机物清除净化单元11；所述干燥模块2将所述净化模块1清除净化后得到的ITO玻璃片与PDMS片进行干燥处理；所述等离子清洗模块3将表面干燥的ITO玻璃和PDMS片进行等离子清洗处理；其中ITO玻璃与PDMS片键合得到微流控芯片，键合时将二者放在水平的工作台上，使二者在不受人为干扰的情况下自然键合，以免通道塌堵；所述刻蚀进程监测电路模块4用于监控和显示微流控芯片是否完成ITO玻璃的刻蚀；所述有机物清除净化单元10采用可移动丙酮溶液浸泡容器100，所述丙酮溶液浸泡容器100为嵌入装置内部的，高为10厘米，内直径为5厘米的竖直圆柱体塑料容器，且丙酮溶液浸泡容器100带有用于密封的橡胶塞，所述无机物清除净化单元11采用超声波清洗装置110；进一步地，该装置，还包括壳体5，所述净化模块1、干燥模块2、等离子清洗模块3和刻蚀进程监测电路模块4安装在所述外壳体5的内部；进一步地，所述干燥模块2包括风干单元20和烘干单元21，所述风干单元20包括用马达驱动的风扇200、软管201和喷嘴202，所述软管201的一端通过壳体5上出风口延伸至壳体5的外部，软管201的另一端的放置在所述风扇200正面的底部；所述喷嘴202和所述软管201的另一端相连接，软管201内直径大于或等于1厘米，喷嘴202由硬质塑料构成，内直径为0.5厘米；进一步地，所述烘干单元21包括加热板210、调节加热板210温度的温度调节器211、显示加热板210表面温度的温度显示器212和固定压片夹213，所述温度调节器211与所述加热板210和所述温度显示器212相连接，所述压片夹213通过螺栓固定在加热板210上；加热板210为15×15×1厘米的方形陶瓷平板，加热板210内包埋有电热丝，电热丝可将加热板210至少加热至80摄氏度；进一步地，刻蚀进程监测电路图如图4所述，刻蚀进程监测电路模块4包括导电电极贴片、LED灯、开关和电源；所述导电电极贴片使用时贴在所刻电极两侧，将ITO玻璃片接入刻蚀进程监测电路模块4；所述LED灯珠串联进刻蚀进程监测电路模块4，当所刻电极未刻蚀完成时，电路处于通路状态，LED灯珠发光，当所刻电极刻蚀完成时，电路处于断路状态，LED灯珠熄灭。进一步地，使用AutoCAD软件绘制所要刻蚀的电极图案，然后在硅板上旋涂一层负性光刻胶，涂层最小厚度不低于20微米，即旋涂时旋涂机最大转速不超过5000转分钟。电极部分经激光直写机无掩膜加工，用紫外线曝光后固化在硅板上，洗去未曝光部分的光刻胶，然后向硅板上倒约5毫米厚的PDMS前聚体，放入80℃恒温箱中固化4小时即得PDMS片。进一步地，一种微尺度ITO电极的加工方法，包括以下步骤：S1:在ITO玻璃片的正面或反面标记刻痕，用于区分玻璃片的导电面或绝缘面,将ITO玻璃片放入丙酮溶液浸泡容器100中浸泡去除ITO玻璃片表面的有机物,将容纳有ITO玻璃的丙酮浸泡容器100及PDMS片放入超声波清洗装置110里清除表面的无机物,使用离子水冲洗ITO玻璃片正反面一分钟清除丙酮溶液；S2:将ITO玻璃片与PDMS片放在所述风干单元20的喷嘴202下使用吹干玻璃片表面的水分；再将ITO玻璃片置于所述加热板210上烘干表面残余水分；S3:用皮带打孔器在PDMS片上加工注液孔；揭开PDMS片上的保鲜膜；将ITO玻璃片与PDMS片放进等离子清洗模块3里进行等离子处理；ITO玻璃片与PDMS片键合得到微流控芯片；S4:将微流控芯片放到烘干单元21上使用固定压片夹213固定；导电电极贴片的两端贴在微流控芯片所刻电极的两侧，串联进刻蚀进程监测电路模块4里，调节温度调节器211加热温度至80℃；为了避免刻蚀液在微通道内不浸润的情况，可以首先向注液孔中滴加buffer溶液，然后将溶液吸出，再进行刻蚀操作。进一步的，作为本发明的优选方案，buffer溶液的最佳比例应为体积比为9:1的去离子水和PBS溶液；S5:通过注液孔将刻蚀液注射到所述到微流控芯片刻蚀通道里；刻蚀进程监测电路模块4里的LED灯灭表示ITO玻璃刻蚀过程完成。将玻璃片放在40倍显微镜下观察刻蚀效果。最后用玻璃刀将注液孔部分裁去。进一步地，刻蚀液由质量百分比浓度为36％～38％的浓盐酸、去离子水、质量百分比浓度为96％～98％的浓硝酸按50:50:3的质量比构成；进一步地，还包括完成刻蚀之后清除PDMS片的方法，包括以下步骤：S1:用手揭掉ITO玻璃片上的PDMS片，使刻蚀通道得以暴露，使用无尘纸擦拭ITO玻璃上的刻蚀通道,将少量难以清除的残余PDMS的ITO玻璃片放入环已烷的试剂瓶中浸泡12小时,将取出的ITO玻璃片使用纯净水水冲洗，然后再使用无尘纸擦干；S2:将ITO玻璃片放入丙酮溶液浸泡容器100中浸泡三十分钟,然后将ITO玻璃及丙酮溶液浸泡容器100一起放入超声波清洗装置里清洗五分钟；S3:使用纯净水冲洗干净ITO玻璃，再用风干单元20吹干。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种微尺度ITO电极的加工装置，其特征在于：包括净化模块1、干燥模块2、等离子清洗模块3和刻蚀进程监测电路模块4；所述净化模块1包括用于清除ITO玻璃片表面有机物的有机物清除净化单元10及清除ITO玻璃片和PDMS片表面的无机物的无机物清除净化单元11；所述干燥模块2将所述净化模块1清除净化后得到的ITO玻璃片与PDMS片进行干燥处理；所述等离子清洗模块3将表面干燥的ITO玻璃和PDMS片进行等离子清洗处理；其中ITO玻璃与PDMS片键合得到微流控芯片；所述刻蚀进程监测电路模块4用于监控和显示微流控芯片是否完成ITO玻璃的刻蚀。2.根据权利要求1所述的一种微尺度ITO电极的加工装置，其特征还在于：所述有机物清除净化单元10采用可移动丙酮溶液浸泡容器100，所述无机物清除净化单元11采用超声波清洗装置110。3.根据权利要求1所述的一种微尺度ITO电极的加工装置，其特征还在于：该装置，还包括壳体5，所述净化模块1、干燥模块2、等离子清洗模块3和刻蚀进程监测电路模块4安装在所述壳体5的内部。4.根据权利要求1所述的一种微尺度ITO电极的加工装置，其特征还在于：所述干燥模块2包括风干单元20和烘干单元21，所述风干单元20包括用马达驱动的风扇200、软管201和喷嘴202，所述软管201的一端通过壳体5上出风口延伸至壳体5的外部，软管201的另一端放置在所述风扇200正面的底部；所述喷嘴202和所述软管201的另一端相连接。5.根据权利要求4所述的一种微尺度的ITO电极加工装置，其特征还在于：所述烘干单元21包括加热板210、调节加热板210温度的温度调节器211、显示加热板210表面温度的温度显示器212和固定压片夹213，所述温度调节器211与所述加热板210和所述温度显示器212相连接，所述压片夹213通过螺栓固定在加热板210上。6.一种如权利要求1-5任意一项权利要求所述的一种微尺度ITO电极的加工方法，其特征还在于：包括以下步骤：S1:将ITO玻璃片放入丙酮溶液浸泡容器100中浸泡去除ITO玻璃片表面的有机物；再将容纳有ITO玻璃的丙酮浸泡容器100及PDMS片放入超声波清洗装置110里清除表面的无机物；然后使用去离子水冲洗ITO玻璃片表面丙酮溶液；S2:将ITO玻璃片与PDMS片放在所述风干单元20的喷嘴202下吹干；再将ITO玻璃片置于所述加热板210上烘干表面残余水分；S3:将ITO玻璃片与PDMS片放进等离子清洗模块3里进行处理，ITO玻璃片与PDMS片键合得到微流控芯片；S4:将微流控芯片放到烘干单元21上使用固定压片夹213固定；将导电电极贴片的两端贴在微流控芯片所刻电极的两侧，串联进刻蚀进程监测电路模块4里，调节温度调节器211进行加热；S5:通过注液孔将刻蚀液注射到所述到微流控芯片刻蚀通道里，刻蚀进程监测电路模块4里的LED灯灭表示ITO玻璃刻蚀过程完成。7.根据权利要求6所述的一种微尺度ITO电极的加工方法，其特征还在于：还包括完成刻蚀之后清除PDMS片的方法，包括以下步骤：S1:先将键合在玻璃片表面的PDMS片揭掉，使用无尘纸擦拭ITO玻璃上的刻蚀通道，将带有少量PDMS的ITO玻璃片放入盛有环已烷的试剂瓶中浸泡，取出的ITO玻璃片使用去离子水冲洗，然后再使用无尘纸擦干；S2:将ITO玻璃片放入丙酮溶液浸泡容器100中；将ITO玻璃及丙酮溶液浸泡容器100放入超声波清洗装置110里清洗；S3:使用去离子水冲洗干净ITO玻璃，再用风干单元20吹干。

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