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。

太赫兹多层平面透镜天线的分层制造技术研究

现代信息科技的飞速发展对雷达系统提出了更高的要求,太赫兹(THz)雷达凭借其特殊的电磁特性在航空航天军事应用方面有着广阔的应用前景。高增益天线作为雷达系统的关键组成部分,在太赫兹波段的研究正受到高度关注。当天线工作频段高达1.0THz左右时,适用于低频器件的常规加工方法往往难以满足设计需求,限制了其进一步应用。本文提出并设计了一种基于UV-LIGA工艺的太赫兹多层平面透镜天线的分层制造方法,为提高透镜区域厚度均匀性,在外缘添加了片内辅助阴极作为装配区,经验证,厚度均匀性提高了33.08%。开展阶梯式电流密度电铸试验,当电流密度按1.5A/dm2、2A/dm2、1.75A/dm2阶梯变化时得到的沉积层具有更低的结合强度和表面粗糙度。透镜天线经过电性能测试,其在0.79~1.03THz范围内取得了良好的增益效果,有望应用于航空航天机载平台以提高雷达系统的识别能力。

100 GHz双频带通腔体滤波器的设计及制作工艺研究

针对当前双频或多频带通滤波器主要以30 GHz以内的工作范围为主,在高频毫米波范围内以单频超宽带设计为主这一现象,设计出一款可以在100 GHz~103 GHz工作范围内存在两个超窄带工作带宽的双频腔体滤波器。两个工作频段分别为100.67 GHz~101.36 GHz和102.67 GHz~102.78 GHz,与之对应的相对带宽分别为0.68%和0.11%。所设计腔体滤波器采用UV-LIGA工艺完成其样品的制备,并使用由矢量网络分析仪和扩频模块所搭建的测试平台完成测试,经测试,相对带宽的绝对误差分别为0.19%和0.02%。

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。

一种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究

研究了利用UV-LIGA技术制造PMMA微流控芯片金属热压模具。采用预机械抛光的Ni板作为电铸基底,光刻SU-8 2050后形成电铸型模,然后电铸Ni微通道,去胶后电铸基底与微通道结合形成芯片热压模具。此方法有效地解决了传统UV-LIGA方法中的倒拔模斜度的问题。制作的微流控芯片模具微通道的宽度和高度尺寸偏差分别为1.7%和2.8%,满足微流控芯片的应用要求。

基于MEMS技术的微型模具制作工艺研究

针对微型模具的结构和精度要求,在研究硅模具和背板生长两种工艺路线的基础上,提出了无背板生长工艺路线,并介绍了工艺路线中所涉及的三种MEMS加工方法,即UV-LIGA技术中的光刻、微电铸以及硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀.实验结果表明,硅模具和背板生长模具呈54.74°的斜面,且硅模具容易损坏,背板生长模具受应力影响易产生变形;而无背板生长工艺能够获得侧壁垂直、表面细致、使用寿命长的模具,满足结构和精度要求。

准LIGA微加速度开关的研制

阐述了一种主要由质量块、折叠梁结构、触点电极和自锁 /解锁机构组成的微型加速度开关的研制过程。设计过程中采用有限元软件Ansys进行结构模拟计算 ,确定了合适的结构参数 ;以硼硅玻璃为基底 ,采用准LIGA和牺牲层技术 ,分三层制作完成。经测试 ,开关性能较好 。

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.

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。

电热驱动镍微夹钳的设计及制作

为实现微系统产业化开发适用于微型零件操作和装配的微夹钳,采用电热驱动方式、V形梁阵列式电热驱动器为钳体部分提供输入位移,钳体部分应用拓扑优化方法进行设计以实现输入位移放大。金属镍作为制作微夹钳的材料,用紫外光刻微电铸脱模技术工艺制作了电热镍微夹钳。通过正交试验,得到加工SU-8铸模的最优工艺参数,对影响工艺质量的各个因素进行详细讨论并给出解决方法,并加工出了钳体尺寸在毫米量级,最小特征尺寸为10μm,厚度为30μm的电热微夹钳。对制作的微夹钳在0～2.5V直流电压下进行动态测试,夹持端位移最大可达67μm,最大夹持力可达0.8N,可以满足微机电系统微操作的夹持要求。

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。

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。

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。

太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工(英文)

从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,在中心频率处耦合阻抗为3.5欧姆.在电子注电压为20.6 kV,电流为15 mA时,27 mm（50个周期）的折叠波导慢波结构在220 GHz具有13.5 dB的增益,3 dB带宽为11 GHz （213 ～224 GHz）.同时讨论了折叠波导慢波结构的微加工工艺,并通过UV-LIGA工艺获得了实验样品.

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。