UV-LIA制作超高微细阵列电极技术研究

超高金属微细阵列电极在微细加工领域和生命科学领域有广泛应用。本文采用UV-LIGA技术制作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、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。     

用SU-8胶加工微结构的试验研究

以正交实验设计为研究方法,对采用负性光刻胶（SU-8）加工高分辨率和高深宽比微结构进行了工艺研究,得出：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90℃,前烘时间50~120min时图形质量最佳。分析了高深宽比微结构电铸的特点,实验表明传质是微细电铸的限制性环节。实现了光刻、电铸加工微结构的工艺参数优化。     

采用过电铸工艺制造金属微细阵列网板

针对制作尺度10μm的超小微细阵列网板非常困难的问题,提出了采用过电铸工艺制造超小尺寸微细阵列网板的方法。建立了过电铸工艺过程的电场模型,利用有限元分析技术对过电铸工艺过程进行模拟仿真。选取优化的工艺参数(烘胶120℃/60min,曝光3000mJ/cm2,显影2min等)利用光刻制作了高度为50μm、直径为50μm的AZEXP125nXT-10A光刻胶群柱结构,以此胶膜结构作为模具进行了过电铸工艺实验,并与仿真结果进行对比,结果证明了有限元仿真的正确性。最后,通过过电铸缩孔2h获得了厚度达70μm,孔径为4μm的微细阵列网板结构。实验表明,过电铸工艺是一种低廉、安全、可批量生产的制作超小阵列网板的方法。     

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。     

超声时效技术在微注塑模具制作中的应用

针对金属微注塑模具UV-LIGA制作过程中由于SU-8胶内应力过大而引起的胶膜破裂、变形甚至脱落等问题,提出将超声时效技术应用于微注塑模具的制作工艺.首先,利用紫外光刻工艺制备了电铸胶膜,在显影前使用自制的超声时效装置对胶膜进行超声处理.然后,采用无背板生长方法在38CrNiMnMo模具钢基底上直接进行镍金属的电铸生长,讨论并解决了工艺过程中遇到的SU-8胶浮胶变形、非圆形基片的匀胶、胶膜中的气泡以及微电铸层结合不牢等问题.最后,制作出微通道宽度和高度分别为80 μm和35 μm的微注塑模具.实验结果表明,超声时效技术的使用避免了由于SU-8胶内应力过大引起的破裂、变形甚至从基底脱落等缺陷,增强了UV-LIGA技术制作微注塑模具的能力,提高了制作微注塑模具的成功率.     

压电喷墨打印头聚合物喷孔制作工艺研究

描述了一种压电喷墨打印头SU-8光刻胶锥形喷孔的制作方法。该方法基于接近式曝光工艺和键合工艺,首先在PDMS基底上旋涂SU-8光刻胶,通过控制曝光量、曝光间隙、后烘、显影等工艺参数,得到带有微小锥形喷孔的SU-8光刻胶喷孔板,再将喷孔板与SU-8光刻胶开放腔室层键合,形成压电喷墨打印头腔室。采用耦合压电物理场和层流流场的方法,数值模拟了喷孔形状对喷墨速度的影响,确定了最佳喷孔形状。通过实验,确定了制作SU-8锥形喷孔的工艺参数为:曝光量110 m J/cm2,曝光间隙110μm,后烘60℃、15 min和显影时间3.5 min;并采用30μm孔径的掩模,制作出了大孔孔径30μm、小孔孔径20μm、孔高45μm的SU-8光刻胶微小锥形喷孔。     

在金属基底上制作高深宽比金属微光栅的方法

根据光学领域对高深宽比金属微器件的需求,利用UV-LIGA工艺在金属基底上制作了具有高深宽比的金属微光栅。采用分层曝光、一次显影的方法制作了微电铸用SU-8胶厚胶胶模,解决了高深宽比厚胶胶模制作困难的问题。由于电铸时间长易导致铸层缺陷,故采取分次电铸等措施得到了电铸光栅结构;同时通过线宽补偿的方法解决了溶胀引起的线宽变小问题。在去胶工序中,采用"超声-浸泡-超声"循环往复的方法。最终,制作了周期为130μm、凸台长宽高为900μm×65μm×243μm的金属微光栅,其深宽比达到5,尺寸相对误差小于1%,表面粗糙度小于6.17nm。本文提出的工艺方法克服了现有方法制作金属微光栅时高度有限、基底易碎等局限性,为在金属基底上制作高深宽比金属微光栅提供了一种可行的工艺参考方案。     

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.     

基于Over-plating成型的金属微电极阵列制备技术

为了解决MEMS工艺制备金属微电极阵列时,电极与基底结合力小,易脱落等问题,提出了基于Over-plating成型的过电铸法金属微电极阵列制备技术。在常温下,选择190 g/m L的CuSO_4·5H_2O、60 g/L的H_2SO_4、70 mg/L的氯离子以及适量的添加剂配置成的电铸液,并采用酸性镀铜工艺,设置电流密度1.5 A/dm~2,过电铸20 h,经抛光处理后,分别得到了高度200μm、900μm,线宽200μm,中心距300μm的柱金属微电极阵列。所制备的金属微电极阵列,在相邻区域金属沉积过程中相互影响形成了较深的孔缝,这些微孔极大地增加了三维微电极的表面积。可见,过电铸工艺是一种便捷、快速、低成本的微电极制备工艺。     

后烘温度对SU-8光刻胶热溶胀性及内应力的影响

对不同后烘温度条件下，SU-8胶在电铸液中的热溶胀性及胶层的内应力大小进行了研究。SU-8胶层内应力会使胶体结构开裂变形，而SU-8胶膜在电铸液中的热溶胀效应则是造成微电铸结构线宽减小的主要因素。SU-8胶内应力和溶胀性问题的存在，严重地影响了所制作图形的深宽比和尺寸精度。在其他工艺参数相同的情况下，测量了不同后烘温度条件下，SU-8胶微通道线宽随溶胀时间的变化。溶胀实验结果表明，后烘温度越低，SU-8胶的溶胀变形越大，且热溶胀现象主要发生在前30分钟，其后溶胀速率逐渐减缓而趋于稳定。在SU-8胶后烘后，利用基片曲率法的原理测量了胶层内应力的大小，实验数据表明，采用较低的后烘温度可以降低SU-8胶层的内应力。因此在工艺过程中，应该综合考虑热溶胀性及胶层内应力的影响，根据实际加工器件的要求适当选取后烘工艺参数。     

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 ℃,10 min,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80 μm,高100 μm;弹簧处高宽比为5(100 μm:20 μm))尺寸精度高;三角锥状针尖曲率半径小于5 μm;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。     

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120~340 μm厚的光刻胶,前烘温度取95℃,前烘时间100 min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。     

Investigation into fabrication of microslot arrays by electrochemical micromachining

Maskless electrochemical micromachining (EMM) is a prominent and unique surface texturing method to fabricate the arrays of microslots. This article investigates the generation of microslot arrays using maskless EMM method. The developed prototype maskless EMM setup consists of EMM cell, power supply connections, electrode holding devices and constricted vertical cross flow electrolyte system for the fabrication of microslot arrays economically. One textured cathode tool with SU-8 2150 mask is used to produce 22 microslot arrays. Influences of EMM process parameters including voltage, electrolyte concentration, inter electrode gap, flow rate and machining time on the machining performance that is, width overcut, depth and surface roughness (R_a) of microslot arrays are investigated. For lower width overcut, controlled depth, and lower surface roughness, machining with lower voltage, lower electrolyte concentration, lower inter electrode gap, higher flow rate and lower machining time are recommended. From the analysis, it is observed that the best machining conditions including inter electrode gap of 50?μm, applied voltage of 6 V, electrolyte concentration of 20?g L^?1, flow rate of 5.35 m³ hr^?1 and machining time of 1?min fabricate regular microslot array with mean width overcut of 24.321?μm, mean machining depth of 10.7?μm and mean surface roughness of 0.0101?μm.     

Vibration assisted wire electrochemical micro machining of array micro tools

Micro structures and components are widely used in modern industries, and micro machining has therefore become a popular research topic. As micro tools are essential in micro machining, wire electrochemical micro machining is introduced in the fabrication of micro tools in this paper, and micro square column tool arrays are fabricated using wire cathodes by two steps. In order to improve the machining efficiency and quality, an electrode vibration technique is used, and the effects of bubble behaviour on slit width homogeneity and edge radius are studied through simulations of the electric field. The influences of various machining parameters such as vibration conditions, electrical properties, electrolyte concentration and feedrate on the standard deviation of the slit width and on the value of the edge radius are investigated. In addition, the micro dimple array is fabricated using electrochemical micro machining by employing the micro square column tool array as the cathode.