微模具重复利用的高深宽比铜微结构微电铸复制技术

针对紫外线光刻、电铸成型和注塑(UV-LIGA)工艺的去胶难题,提出了一种以脱模代替去胶的改良工艺,用于批量制造高深宽比铜微结构。该工艺以可重复利用的硅橡胶软模具代替传统的SU-8光刻微模具,采用硅通孔(TSV)镀铜技术进行微电铸填充,然后通过直接脱模实现金属微结构的完全释放,既解决了去胶难题,又能够解决高深宽比微模具电铸因侧壁金属化导致的空洞包夹问题,同时可以大幅降低成套工艺成本。仿真和实验结果显示,热处理可以改善脱模效果,显著降低脱模损伤,支持微模具重复利用。采用初步优化的改良工艺已成功实现深宽比约3∶1的铜微结构的高精度复制。

基于变刚度悬臂梁的MEMS静电驱动器的动态响应优化

传统的微机电系统(MEMS)静电驱动器存在驱动电压高和超调振荡的问题,可动极板稳定在平衡位置前会发生持续的振荡,难以满足可变电容、光开关等应用领域的综合要求。针对上述问题,采用变刚度悬臂梁的设计,利用刚度随行程增大的特性抑制了极板吸合及释放过程的振荡现象,在缩短调节时间的同时,有效降低了器件的驱动电压。仿真和实验结果表明,当器件悬臂梁的刚度随位移由5N/m增大到35N/m时,在相同电压下,动态响应的调节时间减少了55.5%,在相同行程下,动态响应的调节时间减少了21%,对应的驱动电压减少了23%。

CVD金刚石薄膜的微机械加工技术研究进展

金刚石薄膜是一种蕴涵巨大应用潜力的新型电子功能材料,但是它极高的硬度和化学稳定性使其难以被加工成型,因此,金刚石薄膜的微机械加工技术是其MEMS应用的关键技术问题之一。本文介绍了近年来国内外在选择性生长、模型复制、激光刻蚀和等离子体刻蚀等金刚石微机械加工技术方面的研究进展,着重探讨了可以直接对金刚石薄膜进行微细加工的反应离子刻蚀技术.提出了改善微机械加工效果的金属掩膜侧壁钝化概念,为MEMS器件的金刚石微结构集成制造开辟了更为精确有效的技术途径。

Nd-Fe-B永磁体化学镀镍抗腐蚀性能的研究

利用化学镀镍方法成功地实现了对稀土永磁体Nd-Fe-B的抗腐蚀性保护。选择适当的预处理工艺与专用化学镀镍槽液相结合,可获得抗腐蚀性能良好的镍保护层,化学镀双层镍的抗腐蚀性能尤其突出。

铅和铅锑合金阳极膜的XPS和AES分析

利用ＸＰＳ技术观测１．３５Ｖ恒电位极化形成的铅和铅锑合金阳极膜，发现锑对阳极膜表面层二氧化铅的生长有明显抑制作用；利用ＡＥＳ结合Ａｒ＋刻蚀技术对其内层主要组成元素作深度分布分析，发现锑能够显著提高阳极膜内部二氧化铅的含量，从而使铅锑合金阳极膜较之纯铅阳极膜具有更为优越的导电性．

CVD金刚石薄膜RIE掩模技术研究

金刚石薄膜反应离子刻蚀 (RIE)必须选用硬掩模 ,基于掩模刻蚀选择比和掩模图形化加工特性考虑 ,镍和镍钛合金掩模是较好选择 ,其中 ,NiTi合金薄膜具有刻蚀选择比高、加工工艺简单、图形化效果好的优势 ,Ni掩模特别是电镀方法制作的Ni掩模以其精确的尺寸控制能力、理想的多层结构模式和适当的刻蚀选择比而特别适合于精细结构加工时使用。使用上述掩模对金刚石薄膜进行RIE ,可以获得线条整齐规则、侧壁平滑陡直的优异加工效果。

镍钛合金形状记忆薄膜的化学刻蚀

镍钛合金形状记忆薄膜的图形化技术曾是其实用化的主要障碍之一，现在，一种工作性能优越的化学刻蚀液可以实现薄膜的高精度图形化，该刻蚀液常温工作，性能稳定，刻蚀速率在１～５ 微米／分之间均可得到满意的刻蚀线条。常规制作的光刻胶掩模在该刻蚀液中非常稳定。该刻蚀液用于溅射态的形状记忆合金薄膜可得到与掩模图形完全一致的刻蚀结果，刻蚀线条光滑平直，刻蚀系数大于 １５。当用于热处理以后的薄膜时，刻蚀面有一定程度的粗糙化，只能用于刻蚀相对较粗的线条，这是热处理后薄膜中晶粒与晶界刻蚀速率不同所致。用该刻蚀液图形化的形状记忆合金薄膜驱动机构已成功用于微泵制造，所制作的微泵流量达到 ２００ 微升／分钟以上。

微马达转子电镀导磁层的研究

本文推荐一种镀液，用于制作电磁型微电机转子坡莫合金导磁层，研究了该镀液的组成和工作条件对镀层成份和内应力的影响，表明该镀液具有可供选用的电流密度范围宽，允许较高Ｆｅ２－浓度和镀层内应力低等优点。

超声振荡辅助制备铜基碳纳米管复合电镀层工艺

为解决碳纳米管在铜基体中的分散与结合两个问题,运用超声振荡辅助复合电镀制备铜基碳纳米管(Cu/CNTs)复合镀层。利用场发射扫描电镜进行观察,复合镀层微观表面平整,碳纳米管在基体中均匀分散,其与基体结合良好。依据实验结果对超声振荡在复合电镀过程中发挥作用的机制给出了初步的解释。

电磁型双稳态射频开关的微机械结构设计

提出了利用电磁驱动机理优点的双稳态射频微电子机械系统(RFMEMS)开关结构形式.开关的微驱动部分由导磁的悬梁、扭梁和线圈、永磁体组成.由于采用了永磁铁单元,可以实现对开关的双稳态电磁控制,从而降低了开关的功耗.对开关的微机械结构进行力学分析的结果表明,含有加强筋结构的开关模型,在12μN力的作用下,可以使悬梁两端产生20μm的位移,此时系统的固有振动频率约为5.7kHz.

基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制

以非硅表面微加工技术为基础,在玻璃衬底上设计和制造一种简单可靠并有反向冲击保护的单向一次触发微机电系统(Microelectro-mechanical system,MEMS)惯性电学开关。该设计采用连体蛇形弹簧将可动电极(质量块)悬空固定,用挡块作为反向冲击保护,其敏感方向为平行于衬底面的水平方向,整个器件使用成本较低而又方便的叠层电镀镍工艺制作。通过对弹簧-质量块系统运动过程的理论分析和有限元仿真,研究器件阈值加速度与其质量块厚度的关系,并用落锤试验对封装器件的阈值加速度以及峰值为100g(g=9.8m/s2)半正弦冲击下的响应进行了测试,得到该微开关的阈值加速度分布在58g～72g,基本符合预期设计的60g阈值加速度要求,响应时间约为10–4s量级,与有限元仿真结果吻合较好。

单轴微拉伸MEMS材料力学性能测试的系统集成

为了对微米尺度薄膜材料的力学性能进行测试,开发了一套成本较低的单轴微拉伸MEMS材料力学性能测试系统。首先,根据有限元模拟优化设计测试样片,使其能够易于夹持、准确对中,以利于应力和应变的测量。接着采用三维非硅UV-LIGA微加工技术制备了Ni薄膜样片。根据单轴拉伸测试过程和硬件构成,以Visual Basic为平台编译了一套数据采集与分析系统。最后,应用该测试系统完成对电镀Ni薄膜材料性能的测试。实验结果表明,该系统能够精确测试试样应变,精度达到0.01μm,拉伸力精度达到mN级。得到的电镀Ni薄膜材料的杨氏模量约为94.5 GPa,抗拉强度约为1.76 GPa。该系统基本满足微米尺度材料单轴微拉伸力学性能测试的需要。

微机电系统惯性电学开关的设计与制作

基于非硅表面微加工技术,给出了微机电系统惯性电学开关的一种新式设计,该设计采用两端悬空固定的多孔弹性梁作为固定电极,由连体蛇形弹簧连接悬空的质量块作为可动电极,可动电极位于支撑层和弹性梁之间,该结构在保证微开关具有足够灵敏度的同时,可有效提高两电极间的接触效果和器件的抗冲击保护。使用成本较低的多次叠层电镀镍的方法制作了设计的微型惯性开关,并对其元器件进行了试验测试,结果表明:开关在100g加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.40ms和12μs,与有限元动力学仿真结果吻合较好,表现出较高的灵敏度和良好接触效果。

MEMS中的牺牲层技术

MEMS技术作为微电子技术应用的新突破,促进了现代信息技术的发展。牺牲层技术是MEMS应用中的关键,用以实现结构悬空和机械可动。本文介绍了MEMS技术发展中的几种牺牲层技术,并进行了简要评述。

锌基碳纳米管复合材料的界面特性及增强机理

通过复合电沉积技术制备了锌基碳纳米管复合薄膜。其中,碳纳米管表面的锌沉积层平滑连续,无明显界面缺陷,与其它金属基碳纳米管复合材料相比,这种独特的界面形貌是值得注意的。在对材料变形区的观察中发现,在薄膜变形的过程中,适中的结合强度将允许碳纳米管与基体发生界面脱黏,碳纳米管被拔出基体后桥联在裂纹中。虽然界面结合受到损伤,但是仍然可以有效地传递应力。当裂纹继续扩展,碳纳米管石墨片层开裂,直至完全断裂。同时,这些桥连在裂纹中的碳纳米管趋向于向垂直于裂纹的方向滑移,它们在基体中移动时会对基体造成一定程度的损伤。这些过程都将消耗大量的破断能,从而起到对基体的增强效果。锌基碳纳米管复合薄膜的平均硬度由HV178.3上升至HV493.5。

PDMS软模板制备与叶片曲表面软光刻工艺

介绍和表征了一种制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)软模板的工艺方法,并实现了非平面微加工工艺的图形转移。首先采用深硅电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺制备了具有图形的硅片硬母版,然后用PDMS对硅片硬母版进行倒模复制,从而得到具有图形的PDMS软模板。对所制备的PDMS软模板和硅片硬母版结构的形貌、结构尺寸进行观测对比,结果显示PDMS软模板成功复制了硅片上的图形。将α-氰基丙烯酸乙酯旋涂到PDMS软模板上,然后将PDMS软模板上的图形转印到航空发动机叶片表面进行二次复制。在叶片表面得到的图形化结果为MEMS传感器的制作打下了坚实的基础。本实验提出的这种用PDMS转印的软光刻工艺可代替传统的光刻工艺,能够普遍适用于曲表面的三维结构集成制造。

发展中的RF MEMS开关技术

射频MEMS开关是用MEMS技术形成的新的电路元件,与传统的半导体开关器件相比具有插入损耗低、隔离度大、线性度好等优点,将对现有雷达和通信中RF结构产生重大的影响。介绍了射频MEMS开关的工作原理、优化设计,分析了可靠性问题,举例说明了射频MEMS开关的应用,指出了其发展所面临的问题。

共面波导馈电蝶形开口振子缝隙天线

讨论了共面波导(CPW)馈电蝶形开口振子缝隙天线。在缝隙振子天线两端加入蝶形开口结构,形成振子蝶形组合结构天线。使用有限元仿真软件(Ansoft HFSS)分析了设计的天线,结果表明组合结构天线具有振子天线与蝶形天线的优点:蝶形天线的宽带特性与振子天线的高增益特性,整个天线的性能得到提高。使用了两种馈电方式:感性耦合和容性耦合,感性耦合时组合天线的带宽特性较好,从振子天线5.9%提高到10.32%;容性耦合时增益特性较好,从振子天线的3.19dB提高至6.27dB。分析了衬底厚度对天线的影响,衬底厚度的增加使谐振频率降低,但对天线带宽的影响不大。

用于MEMS的叠层光刻胶牺牲层技术(英文)

研究了用于制备悬空结构的叠层光刻胶牺牲层工艺.讨论了工艺中常遇到的烘胶汽泡、龟裂、起皱、刻蚀电镀种子层时产生的絮状物和悬空结构释放时的粘附等问题,并提出了相应的解决办法.借助于分层刻蚀法和逐步替换法,用叠层光刻胶作牺牲层并利用湿法释放技术,制备得到了长1400μm、厚6μm、宽40μm、悬空高为10μm的完好的悬臂梁结构.

MEMS器件气密性封装的低温共晶键合工艺研究

介绍了一种采用Pb-Sn共晶合金作为中间层的键合封装技术,通过电镀的方法在芯片与基片上形成Cr/N i/Cu/Pb-Sn多金属层,在温度为190℃、压强为150 Pa的真空中进行键合,键合过程不需使用助焊剂,避免了助焊剂对微器件的污染。试验表明:这种键合工艺具有较好的气密性,键合区合金分布均匀、无缝隙、气泡等脱焊区,键合强度较高,能够满足电子元器件和微机电系统(MEMS)可动部件低温气密性封装的要求。