專利名稱：Su－8環(huán)氧樹脂的分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SU-8環(huán)氧樹脂的一種分離方法，屬于材料領(lǐng)域技術(shù)。
背景技術(shù)：
商業(yè)化的SU-8光刻膠是一種負(fù)性、近紫外線光刻膠，主要采用SU-8環(huán)氧樹脂、感光劑和有機溶劑三部分組成。其中SU-8環(huán)氧樹脂一直以來被認(rèn)為其分子結(jié)構(gòu)僅含有8個環(huán)氧基，所以命名為SU-8(Dr Louis J.Guenn，www.SU8homepage.htm；張立國，陳迪，楊帆等，光學(xué)精密工程，Vol.10，No.3，Jun.2002；劉景全，朱軍，蔡炳初等，微細(xì)加工技術(shù)，No.2 Jun.2002；劉景全，蔡炳初，陳迪等，微納電子技術(shù)，July～August，2003)。由于SU-8膠具有良好的力學(xué)性能、抗化學(xué)腐蝕性和熱穩(wěn)定性；不導(dǎo)電、在電鍍時可以直接作為絕緣體使用；制作圖形具有高深寬比和高垂直度特性等優(yōu)點，可以制作圖形分辨率為微米級的微結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于MEMS的多個研究領(lǐng)域(張立國，陳迪，楊帆等，光學(xué)精密工程，Vol.10，No.3，Jun.2002；劉景全，朱軍，蔡炳初等，微細(xì)加工技術(shù)，No.2 Jun.2002；劉景全，蔡炳初，陳迪等，微納電子技術(shù)，July～August，2003)。由于SU-8光刻膠可以成功地制作MEMS微米級微結(jié)構(gòu)，對其重要組分SU-8環(huán)氧樹脂這種工業(yè)產(chǎn)品人們未進行過精細(xì)地分離研究，作為一種混合物進行應(yīng)用。而實驗中將SU-8膠應(yīng)用于納米級三維光子晶體結(jié)構(gòu)的制作中，發(fā)現(xiàn)其具有不可忽略的吸收性和縮膠問題，直接影響制作圖形的分辨率、結(jié)構(gòu)的均勻性和填充比，難以制作納米級三維微結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
針對商業(yè)化SU-8光刻膠所存在的上述問題，本發(fā)明提出對SU-8環(huán)氧樹脂采用柱層析法和高壓液相色譜-尺寸排阻色譜法進行分離，為配制性能優(yōu)化的SU-8光刻膠，以提高制作圖形的分辨率、解決吸收性和縮膠問題，制作納米級三維微結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案通過以下步驟完成(1)采用柱層析法分離SU-8環(huán)氧樹脂，得到不同組成成分；(2)采用高壓液相色譜-尺寸排阻色譜法進一步表征步驟(1)分離得到的不同組分的分子量分布。
SU-8環(huán)氧樹脂的柱層析法分離特點在于包括下列步驟(1)量取硅膠和二氯甲烷溶劑，體積比為1∶1，然后將硅膠加入二氯甲烷溶劑中，攪拌，混合均勻。硅膠和二氯甲烷混合液體積占層析柱容積的2/3；(2)將硅膠和二氯甲烷混合液倒入層析柱中，打開活塞，當(dāng)硅膠沉淀后，加入海砂，海砂層作為緩沖層。海砂層所占體積為層析柱容積的1/30；(3)稱取SU-8環(huán)氧樹脂，溶解在環(huán)戊酮溶劑中，所用環(huán)戊酮體積以配制為飽和溶液為止，將配制得到飽和溶液加入海砂層上。配制的飽和溶液體積占層析柱容積的1/20；(4)將二氯甲烷溶劑加入層析柱中，二氯甲烷體積占層析柱容積的1/4；(5)二氯甲烷為層析柱的流動相，硅膠為固定相。打開層析柱的活塞，層析柱上部通N2，以加快流動相的流速。SU-8環(huán)氧樹脂的各組分隨二氯甲烷流經(jīng)層析柱的固定相，并依次從層析柱中流出，被分離。采用標(biāo)有標(biāo)號的試管將分離得到的不同組分分別收集。
SU-8環(huán)氧樹脂的高壓液相色譜-尺寸排阻色譜法分離特點在于包括下列步驟(1)打開高壓液相色譜儀，預(yù)熱30mins；(2)稱取經(jīng)層析柱分離后的不同組分，溶解于二氯甲烷溶劑中，配制溶液濃度為0.1％～0.3％(重量百分比)；
(3)打開計算機，設(shè)置實驗參數(shù)，流速為0.2～1mL/min，測試時間為5～15mins，靈敏度為0.01s；(4)用高壓液相色譜儀的排氣針管進行排氣處理；(5)用高壓液相色譜儀的進樣針管進樣，即步驟(2)配制的樣品大約100mL～200mL；(6)應(yīng)用軟件進行測試，當(dāng)不同組分流經(jīng)高壓液相色譜儀的色譜柱時，得到其相對濃度對計算分子量的圖形。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明采用柱層析法和高壓液相色譜-尺寸排阻色譜法實現(xiàn)了SU-8環(huán)氧樹脂的分離。分離結(jié)果表明SU-8環(huán)氧樹脂分子量分布范圍很大，從100-100000，包括SU-8、SU-6、SU-4、SU-2、SU-1等多種組分及其混合物，并不是文獻所報道的單純SU-8。
(2)由于SU-1、SU-2、SU-4小分子及其混合物在近紫外波段具有較強的吸收性，同時曝光后難以充分交聯(lián)，造成圖形分辨率不高和SU-8光刻膠的吸收性及縮膠問題，難以制作納米級微結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明找出了存在問題的原因，為提高制作圖形的分辨率、解決吸收性和縮膠問題、制作納米級三維微結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明采用的柱層析法實驗示意圖；圖2為SU-8分子結(jié)構(gòu)圖；圖3為SU-6分子結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明采用的高壓液相色譜-尺寸排阻色譜法分離得到的SU-8各組分其相對濃度對計算分子量的圖形。
具體實施例方式
圖1所示為柱層析法實驗示意圖。圖中層析柱上方為N2塞，由N2閥控制N2開關(guān)和流量大小；層析柱下方為活塞和出口，由活塞控制溶液開關(guān)和流量大小。層析柱共分四層，包括展開劑層、溶液層、海砂層和硅膠層。其中展開劑層為流動相(二氯甲烷溶劑)；溶液層為待分離的SU-8環(huán)氧樹脂飽和溶液(溶解于環(huán)戊酮溶劑中)；海砂層為緩沖層；硅膠層為硅膠和二氯甲烷混合液，硅膠為固定相；溶液隨流動相流經(jīng)海砂層和硅膠層，被分離組分由層析柱下方出口流出。
實施例1是量取硅膠和二氯甲烷溶劑各300mL，將硅膠加入二氯甲烷溶劑中，攪拌，混合均勻。將硅膠和二氯甲烷混合液倒入層析柱中，層析柱內(nèi)徑Φ19，外徑Φ24，硅膠和二氯甲烷混合液體積占此層析柱容積的2/3。打開活塞，當(dāng)硅膠沉淀后，加入海砂6g，海砂層作為緩沖層，海砂層所占體積為此層析柱容積的1/30。稱取SU-8環(huán)氧樹脂8g，溶解在環(huán)戊酮溶劑中，配制得到飽和溶液，加入海砂層上，飽和溶液體積占層析柱容積的1/20。將200mL二氯甲烷溶劑加入層析柱中，二氯甲烷體積占層析柱容積的1/4。二氯甲烷為層析柱的流動相，硅膠為固定相。打開層析柱的活塞，層析柱上部通N2，以加快流動相的流速。SU-8環(huán)氧樹脂的各組分隨二氯甲烷流經(jīng)層析柱的固定相，并依次從層析柱中流出，被分離。采用標(biāo)有標(biāo)號的試管將分離得到的不同組分分別收集。
實施例2是量取硅膠和二氯甲烷溶劑各150mL，將硅膠加入二氯甲烷溶劑中，攪拌，混合均勻。將硅膠和二氯甲烷混合液倒入層析柱中，層析柱內(nèi)徑Φ15，外徑Φ19，硅膠和二氯甲烷混合液體積占此層析柱容積的2/3。打開活塞，當(dāng)硅膠沉淀后，加入海砂3g，海砂層作為緩沖層，海砂層所占體積為此層析柱容積的1/30。稱取SU-8環(huán)氧樹脂4g，溶解在環(huán)戊酮溶劑中，配制得到飽和溶液，加入海砂層上，飽和溶液體積占層析柱容積的1/20。將100mL二氯甲烷溶劑加入層析柱中，二氯甲烷體積占層析柱容積的1/4。二氯甲烷為層析柱的流動相，硅膠為固定相。打開層析柱的活塞，層析柱上部通N2，以加快流動相的流速。SU-8環(huán)氧樹脂的各組分隨二氯甲烷流經(jīng)層析柱的固定相，并依次從層析柱中流出，被分離。采用標(biāo)有標(biāo)號的試管將分離得到的不同組分分別收集。
圖2所示為SU-8分子結(jié)構(gòu)圖。共有8個環(huán)氧基官能團，命名為SU-8。
圖3所示為SU-6分子結(jié)構(gòu)圖。共有6個環(huán)氧基官能團，命名為SU-6。對于SU-4、SU-2、SU-1分子結(jié)構(gòu)分別含有4個、2個、1個環(huán)氧基官能團，命名為SU-4、SU-2、SU-1。
圖4所示為高壓液相色譜-尺寸排阻色譜法分離得到的SU-8各組分其相對濃度對計算分子量的圖形。圖中橫坐標(biāo)為計算分子量，縱坐標(biāo)為相對濃度；圖中分別標(biāo)出SU-1、SU-2、SU-4、SU-6、SU-8各組分所對應(yīng)峰值位置，括號中為計算分子量。
實施例3是打開高壓液相色譜儀，預(yù)熱30mins。稱取經(jīng)層析柱分離后的不同組分，溶解于二氯甲烷溶劑中，配制溶液濃度為0.2％(重量百分比)。打開計算機，設(shè)置實驗參數(shù)，流速為0.5mL/min，測試時間為10mins，靈敏度為0.01s。用高壓液相色譜儀的排氣針管進行排氣處理。用高壓液相色譜儀的進樣針管進樣(步驟2配制的樣品)大約100mL。應(yīng)用軟件進行測試，當(dāng)不同組分流經(jīng)高壓液相色譜儀的色譜柱時，得到其相對濃度對計算分子量的圖形。
實施例4是打開高壓液相色譜儀，預(yù)熱30mins。稱取經(jīng)層析柱分離后的不同組分，溶解于二氯甲烷溶劑中，配制溶液濃度為0.3％(重量百分比)。打開計算機，設(shè)置實驗參數(shù)，流速為1mL/min，測試時間為15mins，靈敏度為0.01s。用高壓液相色譜儀的排氣針管進行排氣處理。用高壓液相色譜儀的進樣針管進樣(步驟2配制的樣品)大約150mL。應(yīng)用軟件進行測試，當(dāng)不同組分流經(jīng)高壓液相色譜儀的色譜柱時，得到其相對濃度對計算分子量的圖形。
權(quán)利要求
1.SU-8環(huán)氧樹脂的分離方法，其特征在于步驟如下(1)首先采用柱層析法分離SU-8環(huán)氧樹脂，得到不同組成成分；(2)再利用高壓液相色譜-尺寸排阻色譜法進一步表征步驟(1)分離得到的不同組分的分子量分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SU-8環(huán)氧樹脂的分離方法，所述的柱層析法分離步驟如下(1)量取硅膠和二氯甲烷溶劑，體積比為1∶1，然后將硅膠加入二氯甲烷溶劑中，攪拌，混合均勻；(2)將硅膠和二氯甲烷混合液倒入層析柱中，打開活塞，當(dāng)硅膠沉淀后，加入海砂，海砂層作為緩沖層；(3)稱取SU-8環(huán)氧樹脂，溶解在環(huán)戊酮溶劑中，所用環(huán)戊酮體積以配制為飽和溶液為止，將配制得到飽和溶液加入海砂層上；(4)將二氯甲烷溶劑加入層析柱中；(5)以二氯甲烷為層析柱的流動相，硅膠為固定相，打開層析柱的活塞，層析柱上部通N2，以加快流動相的流速，SU-8環(huán)氧樹脂的各組分隨二氯甲烷流經(jīng)層析柱的固定相，并依次從層析柱中流出，被分離。采用標(biāo)有標(biāo)號的試管將分離得到的不同組分分別收集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SU-8環(huán)氧樹脂的分離方法，所述的高壓液相色譜-尺寸排阻色譜分離步驟如下(1)打開高壓液相色譜儀，預(yù)熱30mins；(2)稱取經(jīng)層析柱分離后的不同組分，溶解于二氯甲烷溶劑中，配制溶液濃度為0.1％～0.3％(重量百分比)；(3)打開高壓液相色譜儀的計算機，設(shè)置實驗參數(shù)，流速為0.2～1mL/min，測試時間為5～15mins，靈敏度為0.01s；(4)采用高壓液相色譜儀的排氣針管進行排氣處理；(5)采用高壓液相色譜儀的進樣針管進樣，即步驟(2)配制的樣品大約100mL～200mL；(6)進行測試，當(dāng)不同組分流經(jīng)高壓液相色譜儀的色譜柱時，得到其相對濃度對計算分子量的圖形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SU-8環(huán)氧樹脂的分離方法，其特征在于所述的步驟(1)中的硅膠和二氯甲烷混合液體積占層析柱容積的2/3。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SU-8環(huán)氧樹脂的分離方法，其特征在于所述的步驟(2)中的海砂層所占體積為層析柱容積的1/30。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SU-8環(huán)氧樹脂的分離方法，其特征在于所述的步驟(3)中配制的飽和溶液體積占層析柱容積的1/20。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SU-8環(huán)氧樹脂的分離方法，其特征在于所述的步驟(4)中二氯甲烷體積占層析柱容積的1/4。
全文摘要
SU－8環(huán)氧樹脂的分離方法，本發(fā)明提出采用柱層析法和高壓液相色譜－尺寸排阻色譜法進行分離，分離結(jié)果表明SU－8環(huán)氧樹脂分子量分布范圍很大，從100－100000，包括SU－8、SU－6、SU－4、SU－2、SU－1等多種組分及其混合物，并不是文獻所報道的單純SU－8。同時，由于SU－1、SU－2、SU－4小分子及其混合物在近紫外波段具有較強的吸收性，同時曝光后難以充分交聯(lián)，造成圖形分辨率不高和SU－8光刻膠的吸收性及縮膠問題，難以制作納米級微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為配制性能優(yōu)化的SU－8光刻膠，以提高制作圖形的分辨率，解決吸收性和縮膠問題，制作納米級三維微結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號G03F7/00GK1970599SQ20061016507
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者張曉玉, 姚漢民, 邢廷文 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所