LIGA/准LIGA技术微电铸工艺研究进展

微电铸是相对于常规电铸工艺而确立的新概念,它是适用于微小结构成型而建立的批量加工技术,既可以看作是在微细加工模具基础上的传统电铸技术的延伸,也可以认为是掩膜电镀在高深宽比方向发展的结果,微电铸工艺是LIGA/准LIGA技术的核心内容,在MEMS技术领域有广泛应用.介绍了电铸和微电铸的原理和特点,系统分析了微电铸过程的电化学本质,综述了微电铸技术研究的最新进展,给出了一些为大家所共识的微电铸镍基本工艺规范.     

有限元在金属微结构电铸特性分析中的应用

为改善高深宽比金属微结构的电铸成型质量,采用有限元方法分析微细电铸的电场和流场的分布特点,及搅拌方式、电场和流场分布对微细电铸质量的影响。研究表明:搅拌对电铸区域的影响只集中在微区的入口部分,深度小于55μm,扩散过程成为金属沉积的限制性因素;电力线曲率随电铸深宽比增大而提高,导致电铸微区内金属离子传输能力不均匀。微细电铸过程中,搅拌速度提高并不能改善金属沉积的传质条件;辅助超声的复合搅拌在相同条件下能提高金属沉积速度,减少铸层缺陷、改善传质。实现了表面光滑、侧壁陡直的金属微结构的电铸成型。     

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。     

金属微结构电铸成型的流场性能研究

为改善高深宽比金属微结构的电铸成型质量,在分析微细电铸的流场特性的基础上,深入研究了铸层厚度的不均匀现象及搅拌方式、流场分布对微细电铸的影响.由于高深宽比胶膜的存在,单一搅拌对电铸区域的影响只集中在微区的入口部分.扩散过程成为金属沉积的限制性因素;随着胶膜深宽比的增大,搅拌速度对电铸传质过程影响减小,导致电铸微区内金属离子传输能力不均匀.实验表明,微细电铸过程中,搅拌速度提高并不能改善金属沉积的传质条件;辅助超声的复合搅拌在相同条件下能提高金属沉积速度、减少铸层缺陷、改善传质.实现了高分辨率,侧壁陡直的金属微结构的电铸成型.     

MEMS微结构电沉积层均匀性的有限元模拟

利用有限元软件ANSYS对MEMS微电铸Ni工艺进行电场模拟,研究了光刻胶厚度、线宽以及片内辅助电极参数对微结构表面电场分布均匀性的影响.根据模拟结果,利用微电铸试验研究了微结构单元尺寸以及辅助极距离和大小对于微结构层厚度均匀性的影响.模拟和试验结果均表明,微结构单元尺寸是影响其均匀性的主要因素之一,合理添加片内辅助极是提高微结构铸层厚度均匀性的有效方法.而且,有限元分析软件ANSYS可以对微结构的电镀过程进行有效的模拟分析.     

一种基于空间光调制器的微透镜阵列制备技术

提出了一种基于空间光调制器的并行光刻制备微透镜阵列的技术。采用数字微反射镜器件输入光刻图形,结合热回流技术,制作任意结构和排布的微透镜阵列。无限远校正显微微缩光学系统的长焦深保证了深纹光刻的实现,热回流法提供了良好的表面光滑度。与传统逐层并行光刻和掩模曝光技术相比,提出的技术方案更加便捷灵活,特别适合制作特征尺寸在数微米至百微米的微透镜阵列器件。得到的微透镜阵列模版经过电铸转移为金属模具,利用紫外卷对卷纳米压印技术在柔性基底上制备微透镜阵列器件,在超薄液晶显示、有机发光二极管(OLED)照明等领域有广泛应用。     

电子纸微杯结构金属模具的设计与制作

提出了用于电子纸的微结构金属模具的"选择生长"方法,即通过在金属基材上形成选择性的导电与不导电图形,来制作深纹的"微杯"金属模具。在金属基材上涂布负性光刻材料、用带有空间光调制器的激光直写系统曝光形成"微杯"图形,然后通过电铸工艺制作出镍金属模具。实际制作的"蜂窝"分布的微杯结构参数与设计参数基本吻合。该工艺流程适合研制更大尺寸的电子纸的微杯模具,将为"微杯"模具制作提供一种有效手段。     

微电铸技术及其工艺优化进展研究

随着微机电系统(MEMS)和微影微电铸微模铸(LIGA)两种技术的发展,微电铸工艺正逐渐展现着其独特的魅力和发展潜力。然而,现有工艺中存在的缺陷也严重阻碍了其进一步发展。因此,对微电铸工艺进行深入研究,突破其工艺瓶颈,将对微加工工艺的应用和推广起着重要作用。着眼于目前微电铸工艺中存在的不足,从工艺缺陷的理论形成机理出发,总结了近期微电铸领域在工艺缺陷的改进方面所做出的努力及成果,并对微电铸工艺未来的发展趋势提出了一些看法。     

微细电铸电流密度的有限元分析

微细电铸过程中,阴极表面的电流密度分布直接影响沉积层的质量.通过对电沉积基本原理的分析,得到了电流密度及其分布对电沉积过程和沉积层质量的影响关系,结果表明,阴极表面金属层的沉积速率与电流密度成正比,沉积层厚度分布与电流密度分布一致.重点利用有限元方法对电沉积系统中电流密度进行了计算,对于不同形状和不同导电化处理方法的微结构,计算结果表明,在导电基底上制作微结构模型以有利于电沉积的结晶;设计用于微细电铸工艺的微结构时,应尽量避免侧壁与基板为锐角的结构,应选取较小的深宽比.从而为基于微细电铸工艺微结构设计的优化提供了基础.     

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。     

高分子薄膜的三维显微表征

高分子薄膜通常具有结晶、相分离等微尺度结构，同时在制备和加工过程中也会形成表面缺陷、气泡等不均匀结构，这些都会严重影响其性能。然而，表征这些结构目前还没有很好的方法。本文探究了数字全息显微镜（Digital Holographic Microscopy, DHM）这一原位、无损、高精度的光学三维显微技术在高分子薄膜表面及内部结构、缺陷表征中的应用。利用自建的DHM和三维连续定位算法对100 nm聚苯乙烯纳米颗粒在液相薄层中的分布、晶圆涂覆聚氨酯后表面的形貌、聚甲基丙烯酸酯薄膜与水的相分离过程、聚乙二醇薄膜干燥过程中的边缘结晶、聚乙烯醇薄膜内的微纳气泡进行了表征，证明DHM具有很高的成像分辨率，能够对高分子薄膜的表面和内部同时实现高精度的原位三维缺陷监测与结构表征，具有独特的优势和应用前景。     

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。     

高能量密度微电磁驱动器的制作方法

提出了一种非闭合磁路型高能量密度微电磁驱动器的制作方法,即利用MEMS工艺在单位面积硅基体上制作多匝、高深宽比.的平面线圈和高厚度的磁芯.通过先面电铸再线电铸的方式,以及动态控制电铸电流密度的方法进行平面线圈的制作;通过改变衬底表面粗糙度和种子层厚度的方法,改善合金镀层与衬底的粘附性能.可以在单位面积的硅片上,制作出厚度更大的磁性合金镀层.初步实验结果表明:该微型电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器,能产生更大的电磁驱动力,具有更高的能量密度.     

MEMS微电磁驱动器的分段磁路模型及实验研究

介绍了一种MEMS电磁微驱动器.基于分段磁路的网络方程法,针对微电磁驱动器所采用的平面线圈的结构特点,建立了平面线圈微驱动器的非线性磁路模型.实验结果表明,考虑线圈绕组半径不同而产生的磁动势分布效应可以为平面线圈型微驱动器建立可靠的模型.采用硅微细加工技术和微电铸技术成功地制作出了这种微驱动器,并对器件的性能进行了测试,测试结果表明,该模型能很好地计算驱动器的电磁力.     

高能量密度微电磁驱动器的制作方法

提出了一种非闭合磁路型高能量密度微电磁驱动器的制作方法,即利用MEMS工艺在单位面积硅基体上制作多匝、高深宽比的平面线圈和高厚度的磁芯.通过先面电铸再线电铸的方式,以及动态控制电铸电流密度的方法进行平面线圈的制作;通过改变衬底表面粗糙度和种子层厚度的方法,改善合金镀层与衬底的粘附性能,可以在单位面积的硅片上,制作出厚度更大的磁性合金镀层.初步实验结果表明：该微型电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器,能产生更大的电磁驱动力,具有更高的能量密度.     

基于NSCT和形态学的微透镜表面分割

为有效分割精密光学微透镜及微透镜阵列的表面不同特征区域,结合具有良好平移不变性、多尺度多方向分解能力的非下采样轮廓波变换(NSCT)和数学形态学运算,提出了一种微透镜表面特征边缘提取方法.采用非下采样轮廓波变换分解微透镜表面,得到粗尺度系数和精细尺度系数.粗尺度系数采用数学形态学处理,获得近似特征边缘;精细尺度系数根据变换域系数模值、硬阈值处理后得到细节边缘.融合粗尺度和精细尺度边缘作为微透镜表面的边缘.实验表明,该方法可准确识别透镜表面的特征边缘,比传统的边缘算子更为有效.     

一种新型聚合物微透镜阵列的制造技术

提出了一种利用软模压印制备微透镜阵列的技术.采用传统的光刻胶热熔方法制备微透镜阵列母板,利用复制模具的方法在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上得到一个和母板表面图形相反的模具,最后通过压印的方法把PDMS模具上的图形转移到涂有紫外固化胶的玻璃基片上,待紫外胶完全固化后可得到和母板一致的微透镜阵列.经过测试微透镜阵列的焦点图像和表面形貌可发现最后制备的微透镜阵列表面形貌均匀、聚焦性能良好、光忖强均匀.     

图形电镀铜层厚度的均匀性——辅助电极的位置在图形的周边缘

要获得精细导线PCB的蚀刻的高质量其关键因素就是确保镀铜厚度图形表面的均匀性。现就为达到良好的图形电镀厚度的方法的进行讨论。现将BGA的图形分隔成小部分面积和活化致密的面积。在BGA图形的电流分布是通过拉普拉斯方程式和精密的伏特计装置解决数值的模拟分析来解决。这种模拟方法测定电流密度分布是很有效的，而决定的因素却是图形密度和电镀溶液导电度。为获得镀层的均匀性，通过设置辅助凸状电极在每个BGA图形的边缘，辅助凸状电极吸收电流有助于集中于分散图形。这种图形的一般位置是在接近放置在BGA图形的边缘，于是采用辅助凸状电极，使电流集中稀少分散图形，使接近BGA图形边缘电流减少。电流分布是通过辅助凸状电极距离和高度而变化的。采用或选择最佳的辅助凸状电极位置变化，其厚度层的最小误差可以达到3．37％。     

DEK拓展下一代网板印刷技术

将电铸网板技术和全新的可变网孔高度技术(VAHT)相结合,实现超卓的印刷效果高精度批量挤压印刷解决方案供应商DEK公司再次在网板技术领域取得突破,通过其Eform网板制造过程,结合专有的精密网孔高度控制方法,将电铸网板技术提升至新的水平。     

快速电铸铜层具有优良的机械性能

电铸——在模芯上电解沉积连续的金属层后使之互相分离而制得金属零件的一种成形技术。电铸成品的贴模面,能非常逼真地复制出模芯表面的细节,因而既可用电铸法制造压制唱片的模子,也可电铸出镜面般光泽的表面。电铸法特别适合于制造某些微波器件。从结构上来讲,微波