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。

LIGA相关技术及应用

微电子机械系统(MEMS)技术的兴起及其在现代信息社会中的广泛应用,推动了能实现高深宽比三维微细加工的LIGA及准LIGA技术的迅速发展。介绍了LIGA相关技术的发展状况并举例说明了它们在射频、光学等方面上的一些应用。

准LIGA工艺技术在加工微金属齿轮中的应用

三维微细加工中的ＬＩＧＡ技术是被国际上公认为最有发展前途的一种微机械零部件加工工艺技术，但在我国与之配套的辅助工艺尚不完善，因而限制了其发展速度。我们采用准ＬＩＧＡ工艺技术，以常规的紫外光刻方法，成功地制成了具有较高深宽比的微金属齿轮。

LIGA工艺基础及其发展趋势

本文主要阐述了LIGA技术的工艺过程,包括X射线深层光刻、微电铸和微复制工艺。对LIGA重点工序进行了总结并阐明其工艺要点。介绍了在LIGA技术基础上发展起来的准LIGA工艺技术和LIGA技术的发展的趋势。

LIGA工艺技术研究

本文论述了标准LIGA技术的工艺过程,对重点工序进行了总结并阐明其工艺要点。介绍了近年发展起来的准LIGA工艺技术,同时重点研究了利用我所薄膜线工艺手段就能加工的UV- LIGA工艺和能制作自由摆动、旋转、直线运动的可动微结构的SLIGA工艺,最后提出了LIGA技术的优缺点和技术难点。

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。

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。

基于LIGA技术的3K-2型微行星齿轮减速器的设计和制造

使用同步辐射光和 X射线掩模板的 L IGA技术能够制造大深宽比的三维微结构。详细讨论了基于该技术的微行星齿轮减速器的设计和制造 ,包括微行星齿轮减速器的设计、微齿轮 X射线掩模板的 CAD技术、X射线深层光刻、微齿轮的微电铸和微复制 ,以及微行星齿轮减速器的微装配。目前已经得到了金属镍的厚度为 40 0μm的太阳轮、行星轮 ,厚度为 2 0 0μm的固定内齿轮、旋转内齿轮 ,其齿数分别为 1 5、1 1、3 6、3 9。用这些微齿轮装配成了一台模数为 0 .0 3 mm、减速比为 44.2、最大外径为 2 mm的微行星齿轮减速器 ,并将其成功地应用在直径为 2 mm的电磁型微马达上。

LIGA工艺在工程中的两类应用

本文从LIGA工艺的工程应用角度 ,简要介绍微小型安全密码锁机构、微小型加速度开关结构的基本设计问题和工艺问题 。

微细光成形和LIGA工艺集成的可行性分析

微机电系统的发展,对微细加工技术提出了更高的要求。目前常用的微细制造技术本质是基于掩模光刻的二维半微加工技术,难以进行真三维结构的制造。对单光子和双光子微细光成形技术的成形原理、加工分辨能力进行分析和实验研究,将其与微细电铸等工艺集成,提出一种能实现真三维制造的、具有不同应用材料的微细加工新方法,并从原理上验证了两者集成的可行性,为后续研究奠定了基础。微细光成形与微细电铸集成工艺技术为进一步拓展微细制造技术提供了新途径。

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.

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 。

脊状表面的准LIGA成形技术及其减阻试验研究

为了研究脊状表面的减阻特性,利用准LIGA成形技术在铝合金表面加工了两种不同尺寸的矩形脊状结构。在准LIGA成形技术中,以波长为300～400μm紫外光作为曝光光源,再通过显影、表面活化、微电铸及去胶工艺得到脊状表面。在低速风洞中对制备的脊状表面进行流场测试,获得了其湍流边界层内流动参数的分布情况。试验结果表明,脊状表面改变了边界层内的流场结构,抑制了湍流脉动,降低了湍流度,达到了减阻效果。同时,利用准LIGA成形技术制备脊状表面的方法是可行的。

LIGA工艺中微电铸工艺研究

为了得到微米级的微型结构,先用准分子激光加工高深宽比的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微孔结构,并以此和光刻成型的微结构作为模具,进行了微电铸试验,通过对电镀参数方法进行调整和优化,改善了微结构加工中镀液难以进入孔隙、浓差极化严重、结晶粒子不能得到及时补充等缺点,得到了线宽为10μm级的微型结构。为进一步的微结构加工奠定了基础。

LIGA工艺的发展及应用

介绍了LIGA(lithographie,galvanoformungandabformung)技术以及在此基础上开发出来的准LIGA(like－LIGA)技术、SLIGA(sacrificialLIGA)、M2LIGA(movingmaskLIGA)技术和抗蚀剂回流LIGA(PRLIGA———photoresistreflowLIGA)技术等。利用这一系列LIGA技术,可以生成具有高深宽比的复杂微结构,如微尖阵列、球形曲面、活动部件等,能较好地满足MEMS发展的需要。最后指出了目前这些方法存在的缺陷。

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。

LIGA技术基础研究

阐述了 LIGA技术的组成及特点。对 L IGA工艺掩膜、X射线光刻、电铸及塑铸等进行了工艺原理分析。用一次成型法制作了以聚酰亚胺为衬基、以 Au为吸收体的 X射线光刻掩膜。简单介绍了这种掩膜的制作工艺过程 ,并用这种掩膜在北京电子对撞机国家实验室进行了同步辐射 X射线光刻 ,得到了深度为 5 0 0μm ,深宽比达 8.3的 PMMA材料的微型电磁马达联轴器结构。给出掩膜和 X射线光刻照片。同时 ,对 Au。