微反应器加工工艺

微反应器常用的加工技术大致可以分为三大类：一种是硅体微加工技术，由IC(集成电路)平面制造工艺延伸而来；二是超精密加工技术；一个复杂的微反应器通常需要多种材料和工艺结合使用。

1硅体微加工。

硅体微加工，是指采用刻蚀技术，对大块硅进行准三维结构的微加工，主要有湿法刻蚀技术和干法腐蚀技术。

1.1湿法腐蚀。

湿法腐蚀是利用腐蚀液对材料进行氧化，然后通过化学反应使氧化物溶解，从而达到腐蚀的目的。湿法刻蚀可分为各向同性刻蚀和各向异性刻蚀。前一种方法是从一个掩模窗口开始，向所有方向同时进行，直到将掩模窗口的下面切成半圆形。它的腐蚀液是一种以氢氟酸、硝酸为水或醋酸稀释的液体混合物，腐蚀机理可用完全反应式表示：18HF+4HN03+3Si一3H2SiF6+4NO+8H2SiF6+4NO+8H20后者是利用硅的各向异性，使其沿不同晶面具有不同的腐蚀速率。当晶体表面被各向异性腐蚀(100)的硅基片时，表面将停止。此外，各种各向异性刻蚀方法都很多，常用的是氢氧化钾、水和异丙醇组成的混合液体，各向同性刻蚀的优点是速度快，但由于缺少对工件形状的控制，在微加工中往往难以达到工艺要求；各向异性刻蚀的优点是控制硅晶片的几何形貌，但由于缺少对工件形状的控制，所以在腐蚀过程中温度升高，因此影响了许多光刻胶的使用。

1.2干燥腐蚀。

干蚀是利用气体进行腐蚀，具有溅射腐蚀、等离子刻蚀、RIE等多种实用技术。干法刻蚀与湿法刻蚀相比，不需要有毒化学试剂，无需清洗，对环境影响小，自动化程度高，便于实现自动化操作，临界尺寸和腐蚀速率容易控制、精度高、深宽比大。其缺点是工艺规模难以扩大，设备成本高。

干式刻蚀技术也可取代LIGA方法，实现高精度、大宽宽比的微结构加工，从而降低成本。

二是超精密加工。

微型反应器超精密加工主要有微放电和高能束两大类，其中微反应器又分为激光、电子束和离子束两大类。

2.1放电处理。

微放电加工是一种利用脉冲放电对工件进行蚀除加工，具有良好的成形能力，主要用于穿孔切割，但工件加工局限于金属等导电材料，且加工精度难以保证。为了实现这一目的，人们又发展了一种被称为金属丝的微放电加工方法，其工具电极是金属丝，可沿导轨运动，从而不受外力作用，对工件进行高精度加工。用此方法可灵活加工各种形状的工件。先用WEDG方法加工非常的金属型芯，并涂上隔离材料，然后在绝缘材料上镀一层金属，然后用WEDG法对其进行电镀加工，最后将型芯拔出，留下高精度的喷嘴。

2.2高能量束加工。

高能量光束通过聚焦可以使光束的直径变小至纳米级，并且在聚焦过程中具有高强度，可以应用于超微加工。高能量束的加工可以分为激光束加工、电子束加工和离子束加工。

激光加工是利用聚焦激光束照射工件，使材料在被材料吸收后转化为热能，使材料熔化气化，从而达到对材料进行脱除的目的。相对于电子束加工和离子束加工，它不需要抽真空，因此成本更低。电子束加工是在真空条件下使聚焦后的电子束以极高的速度撞击工件，被撞击部位可以在极短的时间内加热至数千摄氏度，从而使材料熔化气化以达到去除的目的。离子束加工就是。

利用电场对聚焦后的离子束进行加速，使其获得较大的动能，并在工件上撞击去除材料，其加工精度可达纳米级，是目前高能束加工的最精密方法。离子束和电子束均在真空环境下进行，有利于易氧化材料的加工。

高能量束加工不需要刀具，是非接触式的，因此没有变形，几乎可以加工任何材料，因此应用范围很广，可以用来做钻孔、切割、刻划等，图5是用激光加工成的微孔薄膜，用于萃取。另外，利用激光加工技术可实现微结构的快速原型制造，具有实现微结构大规模、低成本制造的前景。

3.3LIGA过程。

LIGA分为光刻、电镀和压模三个步骤，是德国喀尔斯鲁厄核研究中心最早发明的。即在导电衬底上涂上一层防蚀剂，同步辐射加速器产生的x射线束通过确定的图形的掩模，将PMMA曝光，然后用湿法腐蚀显影，在聚合物上刻下立体模型，然后以导电的金属基片作为阴极，浸入电镀液进行电镀，电解后的金属离子沉积在金属基片上，逐渐填满立体模型的空间，除去聚合物材料，所得金属结构的立体模型可作为所期望的微型结构(此时模型与聚合物模型互为阴、阳模)。通过电镀获得的金属结构的立体模型，在覆盖有孔的栅板上的栅板上注入低粘滞度的聚合物，如塑料制品，待固化后，将塑料结构(连同栅板)从模型中拔出，形成了塑料的微型立体结构。

LIGA适用于大批量生产，没有限制深度，适用于多种材料的加工，缺点是需要昂贵的同步辐射加速器。结果表明，LIGA作为催化剂，用LIGA制备微反应器已被广泛地应用于催化反应，可提高反应的选择性。