行波管折叠波导慢波结构UV-LIGA制备技术中的电铸工艺

UV-LIGA是制作行波管(TWT)折叠波导慢波结构的一项重要技术,能够满足行波管对于慢波结构小尺寸、高精度和低表面粗糙度的加工要求。简要介绍了采用UV-LIGA技术制备340 GHz折叠波导慢波结构的工艺流程,主要包括在铜基底上通过光刻工艺制备厚胶膜结构、在厚胶膜结构中进行高精度电铸以及将半封闭铜电铸窄通道中胶膜去除等。对大深度窄缝结构精密电铸工艺进行了详细研究,分析对比脉冲波及三角波的电铸结果,优化工艺参数并尝试工艺组合。结果表明,采用三角波电铸,狭缝和胶膜边缘厚度差为40μm;采用脉冲波和三角波电铸结合方法,得到的电铸结构表面平整,狭缝和胶膜边缘厚度差减小至15μm。最终制备的折叠波导慢波结构与基底结合良好,表面无缺陷,高温处理后无裂纹、无鼓泡,窄边尺寸精度优于2μm,能够满足行波管的应用需求。

基于UV-LIGA工艺的超窄带毫米波三频带通滤波器

针对当前6G无线通信系统对3 mm毫米波器件的需求急速增加,为了提前应对在这一频段的通信协议划分,利用金属谐振腔和矩形波导设计出一款中心频率为102.03 GHz的单频带通滤波器。然后,基于多模传输理论将其优化为一款中心频率分别为96.83和106.31 GHz的单通道双频带通腔体滤波器。采用交叉耦合的方式引入传输零点,设计出一款在98~105 GHz的工作范围内,具有98.49、99.79和104.20 GHz三个中心频率的超窄带三频带通腔体滤波器,其3 dB相对带宽分别为0.32%、0.63%和0.30%。采用基于SU-8负性光刻胶的UV-LIGA工艺对样品进行加工,并使用搭建的W波段电磁性能测试平台完成对样品射频性能的测试,测试结果与仿真结果具有良好的一致性。

UV-LIGA技术制作微型螺旋形加速度开关

微型加速度开关是用于空间飞行体中感受加速度并完成致动的重要惯性器件。本文采用UV-LIGA技术,结合SU-8厚胶工艺、微电铸工艺以及牺牲层技术,制作了微型螺旋形加速度开关。研究了牺牲层工艺、SU-8光刻技术以及螺旋形弹簧形变控制等微细加工的工艺细节;分析了多种牺牲层材料的特性,优选了与工艺相适应的Zn牺牲层体系,解决了微结构易脱落的工艺问题。通过优化微电铸工艺来减小金属膜层的内应力,优化牺牲层释放工艺来避免腐蚀过程对弹簧膜结构的冲击。实验结果表明,通过工艺优化可得到平整的微型螺旋形弹簧—质量块结构,螺旋弹簧厚度为20μm,质量块厚度达200μm,本文的工作可为大批量、低成本地研制微型加速度开关提供工艺基础。

UV-LIGA技术制备微型柔性镍接触探针

对探针的制作方法、关键工艺环节等进行了分析与研究,给出了基于UV-LIGA技术制备微型柔性镍接触探针的工艺过程,分析了制备的技术关键,试验优选了关键制备环节的工艺参数,在此基础上,制作出微型柔性镍接触探针。试验结果表明:采用工艺条件优选的UV-LIGA技术,如前烘60℃,120 min,90℃,120 min;较大曝光剂量;后烘65℃,10min,95℃,45 min;匀胶后静置、随炉冷却和超声辅助显影等辅助措施,所制备出的柔性接触探针(主体总长4 mm,宽80μm,高100μm;弹簧处高宽比为5(100μm:20μm))尺寸精度高;三角锥状针尖曲率半径小于5μm;缺陷少,形貌质量高。

UV-LIGA制作超高微细阵列电极技术

采用UV-LIGA技术制作了超高金属微细阵列电极,并利用电解置桩的方法辅助去除SU-8胶。通过单次涂胶和提高前烘温度、降低后烘温度的方法制作了厚度达1mm的SU-8胶结构;采取反接电极法在金属基底上电解得到微坑,增强电铸金属电极与金属基底的结合力,保证去胶后电铸金属的完整性。选取优化的工艺参数:单次注射式涂胶,前烘110℃/12h,适量曝光剂量,分步后烘50℃/5min、70℃/10min、90℃/30min,反接电极电解10V/15min等,获得了高900μm、线宽300μm的金属微细阵列电极结构。试验表明,UV-LIGA技术是一种高效、经济的制造超高微细阵列电极的有效手段。

UV-LIGA和微细电火花加工技术组合制作三维金属微结构

为了制作三维金属微结构,研究了UV-LIGA和微细电火花加工技术组合的工艺方法。使用UV-LIGA技术制作了准三维金属微结构,然后,对该微结构进行微细电火花加工制作三维金属微结构。使用提出的方法制作出了局部为梯形凸台和锥形凹槽三维微结构的镍模具,给出了梯形凸台和锥形凹槽的尺寸。分析了微细电火花加工中放电参数对表面粗糙度的影响,在工作电压为65V,标称电容为100pF时得到了Ra为0.08μm的微细电火花加工表面。研究结果表明,使用该方法可实现三维金属微结构的制作;通过减小工作电压和标称电容的方法可降低微细电火花加工的表面粗糙度。

基于UV-LIGA技术制造微结构器件试验研究

试验研究了UV-LIGA各工艺环节(包括前后烘、曝光、显影、去胶、电铸等)对金属基片上制造金属微结构器件质量的影响,并组合优化了操作条件和工艺参数。试验结果表明:采用优化后的UV-LIGA工艺条件,制造出的金属微结构器件(如微齿轮、微流道)轮廓清晰,表面质量好,无明显缺陷,与基底结合良好。

UV-LIGA技术在微型模具型腔加工中的应用研究

为了实现微小注射模具型腔的精密加工,针对微小尺度模具型腔的加工难点,通过改良常规UV-LIGA工艺技术,选用合适的基底材料5CrNiMo,采用在基底表面上直接进行电铸生长的无背板生长方法,加工出具有50μm和100μm特征尺寸的哑铃型塑件微型腔.研究结果表明,无背板方法可实现在钢基底表面上直接通过电铸工艺获得微型模具型腔,省去了电铸背板步骤,既简化了工艺过程、缩短了整个工艺的制造周期,又增强了铸层与基底的结合力,可大大提高模具的形状精度.

用UV-LIGA技术制造大通孔率精细镍网(英文)

高开孔率、大厚度金属精细网板的制造是网板业界的技术难题。分析了现有的精细金属网板制造工艺的优缺点,并提出采用基于SU-8光刻胶的UV-LIGA技术来制备高开孔率大厚度精细金属网板的工艺思路。优选了关键工艺环节的操作参数,表征了试样的形貌特点,检测并分析了试样的相关性能。结果显示,采用优化的工艺条件(前烘65 ℃/20min,95 ℃/20 min;适量曝光剂量;后烘65 ℃/10 min,95 ℃/15min;匀胶后静置、随炉冷却;超声辅助显影等)所制备的六边形镍网(边200μm) ,不仅开孔率高(88%) ,厚度大((120±3)μm) ,且具有尺寸精度高(形位误差±2μm)、孔形一致性好(筋宽偏差<3μm)、孔壁平滑等特点。结果表明,UV-LIGA技术是一种制备高通孔率、大厚度精细金属网的有效工艺手段。

UV-LIGA工艺误差对MEMS万向惯性开关性能的影响

为提高微机电系统(MEMS)万向惯性开关的性能,实现工程化应用,对其进行工艺误差与性能关系研究.基于多层UV-LIGA工艺制作多个开关样机,进行主要结构尺寸测量,并确定工艺误差方向;从UV-LIGA工艺过程的曝光、显影与电铸、腐蚀3个阶段,分析误差的产生机理,并进一步分析单一结构误差、非对称误差和偏心误差对开关阈值和接触时间的影响.结果表明:弹簧线宽、厚度、侧壁倾角和两电极间隙等单一结构尺寸的增大会导致阈值增大;非对称误差会导致开关各向刚度不一致,使阈值散布更大;偏心误差会大幅度减小开关轴向阈值,而对径向阈值影响较小.对多个开关样机的测试结果验证了开关工艺误差及单一结构误差对阈值影响的正确性.

超声处理对UV-LIGA工艺中SU-8胶溶胀的影响

首次将超声处理引入UV-LIGA工艺中,研究了超声处理对SU-8胶模溶胀的影响,并探讨了其影响机理,从而获得了减小胶模溶胀及提高电铸微器件尺寸精度的方法。试验研究了超声处理对显影过程及电铸过程中SU-8胶模溶胀的影响,分析了不同超声时间下SU-8胶表面亲水性的变化趋势,并计算了不同超声时间下胶模的溶胀去除率。讨论了超声处理对不同结构微器件尺寸精度的影响。试验结果表明:SU-8胶模在显影过程中的溶胀不明显,并且超声处理对显影过程中胶模的溶胀影响很小,其主要影响SU-8胶模在电铸过程中的溶胀。随着超声时间的增加,胶模溶胀及其表面亲水性均呈现先减小后增大的趋势。当超声时间为10min时,胶模溶胀最小,其溶胀去除率α值可高达70%,并且超声处理后电铸微器件的尺寸误差与结构尺寸无关。根据超声波的机械断键作用与聚合物吸水机理,从亲水性和内应力两个方面,探究了SU-8胶模溶胀随超声时间的增加而变化的原因。文中提出的减小SU-8胶溶胀的方法不依赖于工艺参数也不会增加掩模图形设计的复杂性,是一种实用的减小SU-8胶溶胀的新方法。

UV-LIGA镍薄膜材料的力学性能测试与分析

利用LIGA或UV-LIGA技术制备的镍,特别适合作为微器件的结构材料。材料的力学性能在微器件的仿真设计和实际使用中起到重要作用。主要利用常规的力学试验机和自行搭建的微拉伸平台,通过单轴拉伸方法测试了电流密度为20mA/cm2的UV-LIGA镍薄膜的力学性能。3种测试方法的结果呈现了一致的规律性变化——弹性模量显著降低,强度显著提高,表明UV-LIGA镍具有与块体镍显著不同的力学性能。通过X射线衍射分析(XRD),测量了该电流密度下试样的择优取向和晶粒尺寸,通过场发射扫描电镜(SEM)观察了试样的表面形貌和拉伸断口,并初步地分析了UV-LIGA镍力学性能的变化原因。该测试结果为微器件的仿真设计提供了重要的参考依据。

UV-LIGA技术在制作细胞培养器微注塑模具型腔中的应用

研究了细胞培养器微注塑模具型腔的制作方法。针对微注塑模具型腔的结构特点,采用UV-LIGA套刻技术,分别通过两次SU-8胶光刻和Ni的微细电铸制作了以合金钢为基底的微结构;然后利用掩膜腐蚀方法在铸层上腐蚀出微排气通道。对SU-8厚胶工艺过程中的溶胀现象、匀胶不平整和去除困难等问题进行分析,提出在掩膜板图形四周增设封闭的宽度为20μm的隔离带来减少图形四周SU-8厚胶体积,改善了该处胶模的热溶胀变形,使铸层的尺寸误差由原来的35μm降低到10μm,300μm高的微柱体侧壁陡直。隔离带的引入有效地提高了铸层图形的尺寸和形状精度。由于采用了刮胶的匀胶工艺和发烟硫酸去除SU-8胶的方法,消除了"边缘水珠效应",彻底去除了SU-8胶。采用提出的方法可获得铸层质量好,与基底结合强度高的微注塑模具型腔。

模糊神经网络在UV-LIGA工艺优化中的应用

将模糊神经网络理论和算法应用于负性光刻胶（SU-8）加工高分辨率和高深宽比微结构的工艺研究，在正交试验的基础上对网络进行训练，建立了光刻图形质量与前烘时间、前烘温度、曝光量、后烘时间之间的预测模型。该模型采用五层前向模糊神经网络，学习算法为梯度下降法。进行了实验，实验结果表明，前烘温度与前烘时间对光刻质量影响最大。对120～340μm厚的光刻胶，前烘温度取95℃，前烘时间100min时，图形的相对线宽差最小；超声搅拌能缩短显影时间，显著改善图形质量，试验结果与计算结果十分吻合。将模糊神经网络应用于UV-LIGA工艺中，能实现光刻加工微结构的工艺参数优化。

UV-LIGA工艺中SU-8光刻胶的热溶胀性研究

对SU-8胶的热溶胀效应及其机理进行了研究,在现有微模具的UV-LIGA工艺的基础上,利用AN-SYS对SU-8胶的热溶胀性规律进行了仿真分析。通过SU-8胶模的溶胀实验,建立了热溶胀变形的速率模型,并计算了不同电铸时间下微模具的顶部线宽,计算结果与实验值基本吻合。仿真结果可用来优化掩模图形的设计及预测电铸后微模具的尺寸。

UV-LIGA技术制造微型电磁继电器的初步研究

详细阐述了一种微型电磁继电器的设计和初步研制过程。该微继电器主要由电极、悬臂梁结构和电磁线圈组成。设计过程中考虑了微继电器打开、闭合时电磁力、静电力和悬臂梁回复力之间的制约关系,即微继电器打开时悬臂梁回复力应大于接触部位的静电力;闭合时电磁力应大于悬臂梁的回复力。从而推算出电磁线圈的安匝数和悬臂梁结构尺寸的合理范围并选定了合适的参数,用UV-LIGA技术初步制作了这种微型电磁继电器的主要部分。

多层UV-LIGA电铸镍材料的抗冲击性能

为研究采用UV-LIGA（Ultraviolet Lithography,Galvanoformung,Abformung）技术制作的多层电铸镍的机械可靠性,对其进行了抗冲击性能分析。利用冲击试验台及信号采集系统测试了UV-LIGA多层电铸镍的抗冲击性能。实验分析得到其累积失效概率-加速度峰值曲线近似拟合于韦布尔统计分布,韦布尔系数γ=7.6,参考加速度为21 300g。当加速度为12 000~18 000g时,可靠性相对较高;当加速度为12 000~18 000 g时,累计失效概率增加较快;当加速度大于24 000g时,可靠性下降迅速。利用扫描电子显微镜（SEM）观察了试样,得到其主要的失效形式有分层、断裂、塑性变形以及黏连等。初步分析了失效原因,并提出了相应的优化设计方法,为UV-LIGA多层结构的设计提供实验依据。

基于UV-LIGA技术的微注塑金属模具的工艺研究

介绍了一种新颖的微注塑模具的制作方法———无背板生长法,它是利用负性厚SU-8光刻胶,通过低成本的UV-LIGA表面微加工工艺,直接在金属基板上电铸镍图形而制作完成的。讨论了SU-8胶与基底的结合特性以及几种去除SU-8胶的有效方法,所制作的微注塑模具已用于微注塑加工中。无背板生长工艺的突出优点是微电铸时间短、模具质量高,而且还适合于制作其他微机械组件,是目前MEMS领域中比较有发展前途的加工方法。

基于UV-LIGA技术的新型RF MEMS开关

介绍了一种基于UV-LIGA加工技术的双稳态电磁型RF MEMS开关,该结构由于使用了永磁体单元而使得开关在维持“开”或“关”态时不需要功耗,利用牺牲层UV-LIGA技术实现了开关的微制作。非接触式Wyko NT1100光学轮廓仪的测试表明,制备的开关实现了双稳态驱动功能,驱动脉冲电流50 mA,驱动行程17μm,响应时间20μs;开关完成一次驱动姿态转换所需要的功耗不到3μJ。AGILENT 8722ES型S参数网络分析仪的测试表明,开关在12 GHz时的插入损耗为-0.25 dB,隔离度为-30 dB。

UV-LIGA双层微齿轮加工工艺研究

利用SU-8光刻胶UV-LIGA技术制备了双层微齿轮,齿轮单层的厚度可达450μm。制备中分别采用了三种工艺路线:两次电铸、溅射种子层一次电铸和直接一次电铸,均成功地制备出了双层微齿轮,并讨论了三种工艺路线各自的适用范围,即两次电铸工艺路线适用于对机械强度要求不高的各类多层微结构器件,一次电铸工艺路线适用于对机械强度要求较高的结构,其中溅射种子层工艺适用于深宽比较小的多层微结构模具,而直接电铸工艺适用于深宽比较大且层间直径相差较小的多层微结构器件。