三维金属MEMS器件电化学制造技术

EFAB技术是微加工领域一项重大的突破,开辟了MEMS金属器件加工的新天地,与其他微加工技术相比,EFAB技术的主要优点是:可实现MEMS中复杂三维金属微结构器件快速、自动化、批量制造。基于快速原型思想,EFAB利用实时掩模技术将金属材料层层叠加起来,可以加工任意形状的金属三维微结构。介绍了EFAB技术原理,并对其加工设备、分层技术、实时掩模、过程监控等关键技术进行了剖析,最后给出了应用实例。     

体微加工技术在MEMS中的应用

微机电系统(MEMS)技术的基础是由微电子加工技术发展起来的微结构加工技术，包括表面微加工技术和体微加工技术。其中体微加工技术是微传感器、微执行器制造中最重要的加工技术。该文主要介绍以加工金属、聚合物以及陶瓷为主的LIGA技术，先进硅刻蚀技术(ASE)和石英晶体深槽湿法刻蚀技术。最后给出用LIGA技术和牺牲层技术制作微加速度传感器的例子。     

微细电火花加工MEMS器件技术关键分析

微细电火花加工作为一种低成本、高材料选择度的柔性非接触式加工技术,在微加工中具有独特的工艺优势。本文研究分析了利用微细电火花加工技术制造MEMS微结构、微器件的技术关键及其解决思路。     

面向掩模精化的表面微加工MEMS器件几何建模

MEMS器件设计流程中,为优化MEMS器件,常常需要对MEMS掩模进行精化设计.为了在MEMS精化设计中同步更新MEMS掩模与几何模型,提出一种面向掩模精化的表面微加工MEMS器件几何建模方法.该方法主要通过建立MEMS器件几何模型和工艺模型之间的依赖关系图,通过变动依赖关系,求出掩模精化所影响的几何元素,而后在几何模型中仅仅更新所影响的几何元素;对于所对应的几何模型存在拓扑突变等情况,该方法采用参数限定或局部几何模拟进行更新.实例分析表明,提出的几何建模方法能快速有效地响应掩模精化,从而有效地促进MEMS器件设计.     

通用工艺与设备

体微加工技术在 MEMS 中的应用[刊,中]/林日乐//压电与声光.—2005,27(3).—324.327(L2)微机电系统(MEMS)技术的基础是由微电子加工技术发展起来的微结构加工技术,包括表面微加工技术和体微加工技术。其中体微加工技术是微传感器、微执行器制造中最重要的加工技术。该文主要介绍以加工金属、聚合物以及陶瓷为主的 LIGA 技术,先进硅刻蚀技术(ASE)和石英晶体深槽湿法刻蚀技术。最后给出用 LIGA 技术和牺牲层技术制作微加速度传感器的例子。参6     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米／亚微米加工精度，且适用于多种材料，与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处。进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术。     

脉冲激光微加工技术在MEMS中的应用

介绍了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米／亚微米加工精度，且适用于多种材料，与传统的微细加工技术(光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等)相比具有其独到之处。阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术。     

毫米波缝隙天线的三维非硅微加工制造技术

讨论了面向毫米波缝隙天线集成制造应用的三维非硅微加工技术方案,重点解决多种材料兼容、多层复杂微结构集成和大悬空高度等独特难题。针对天线器件中金属和介质材料的结合,提出了加法工艺、减法工艺以及一种通用型图形化微加工工艺,其中通用型图形化工艺为各种非硅薄膜材料在MEMS体系中的灵活运用创造了条件;为了实现多层复杂微结构的加工,提出工艺整合和工艺兼容性设计,针对天线器件中的悬空结构对牺牲层工艺进行了研究;最后以一种单向宽带毫米波平面缝隙天线为例,阐述其具体工艺流程,验证了上述工艺的可行性。     

任意三维表面微型光器件的灰度光刻技术

使用传统的微加工技术,如各向异性或各向同性干刻蚀、湿刻蚀只能加工有限形貌的表面,为了克服这一缺点,发展了多层掩模技术、激光三维立体光刻、电子束直接写入技术等许多三维微加工技术。灰度光刻最被看好,它通过灰度掩模把加工光束能量密度分布调制成不同的形状,对光刻胶进行曝光,微型器件一次成形,不需要移动掩模或移动加工晶片,也不需要对光刻胶进行热处理,只需要对掩模版进行一定的编码和标准的光刻设备,容易和其他IC工艺相兼容,实现系统芯片结构的制作。本文分析了它的物理机制、掩模类型、编码过程、约束条件和优化方法。     

微机电系统的微细加工技术

详细阐述了硅微加工工艺以及近几年内国际上开发的一些新的加工技术,如3D电化学微加工、EFAB工艺等,并提出了目前这些方法中存在的缺陷。     

金属Cu表面三维齿状微图形的复制加工--约束刻蚀剂层技术(CELT)的应用

主要介绍了一种Cu的CELT加工的化学刻蚀体系和捕捉体系，并通过控制刻蚀时间、刻蚀电流、刻蚀剂浓度、捕捉剂浓度等实验参数和优化电化学模板的制作工艺，以规整的齿状结构为模板，在Cu的表面实现了三维微结构的复制加工，得到了与齿状结构模板互补的三维微结构，用SEM和AFM对实验结果进行了表征，表征结果证明约束刻蚀剂层技术在金属三维加工方面的可行性和潜在优势。金属Cu由于具有优良的导热导电性能以及很好的延展性，在微系统(也称微机电系统)中应用广泛，因此对Cu的刻蚀加工对微系统技术的发展具有重要的意义。约束刻蚀剂层技术(Confined Etch-ant Layer Technique简称CELT)作为一种新型的微加工技术，能够加工复制出复杂三维结构，到目前为止，该技术已成功应用于Si、GaAs等材料微结构的复制加工。     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统 (MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米 /亚微米加工精度 ,且适用于多种材料 ,与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处。进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光 LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用.脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米/亚微米加工精度,且适用于多种材料,与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处.进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术.     

飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿

飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。首先回顾了激光微加工和超短脉冲激光技术的发展历史,然后介绍超短脉冲激光与金属和介质材料相互作用的机制,接着阐述了飞秒激光直写、干涉和投影制备等各种加工方法的原理,重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感方面的应用等,最后展望了飞秒激光微加工领域所面临的机遇和挑战,指出了未来的研究方向。     

硅MEMS器件加工技术及展望

介绍了几种典型的硅基MEMS加工技术以及应用,并简单展望了MEMS加工技术发展趋势。硅基MEMS加工技术主要包括体硅MEMS加工技术和表面MEMS加工技术。体硅MEMS加工技术的主要特点是对硅衬底材料的深刻蚀,可得到较大纵向尺寸可动微结构,体硅工艺包括湿法SOG(玻璃上硅)工艺、干法SOG工艺、正面体硅工艺、SOI(绝缘体上硅)工艺。表面MEMS加工技术主要通过在硅片上生长氧化硅、氮化硅、多晶硅等多层薄膜来完成MEMS器件的制作,利用表面工艺得到的可动微结构的纵向尺寸较小,但与IC工艺的兼容性更好,易与电路实现单片集成。阐述了这些MEMS加工技术的工艺原理、优缺点、加工精度、应用等。提出了MEMS加工技术的发展趋势,包括MEMS器件圆片级封装(WLP)技术、MEMS工艺标准化、MEMS与CMOS单片平面集成、MEMS器件与其他芯片的3D封装集成技术等。     

基于原子力显微镜（AFM）的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题，提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统，采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明，得出主要参数优选的一般方法，讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验，实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工，并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工。     

数字灰度投影光刻技术

随着MEMS和MOEMS技术的发展和器件制作对低成本、灵活、高效的需求,数字灰度无掩模光刻技术已成为人们研究的热点。介绍了一种基于数字微镜器件(DMD)的无掩模数字灰度投影光刻技术,结合电寻址数字微镜阵列的工作方式,分析了DMD的灰度调制机理和投影成像特性;阐述了DMD微镜结构与投影系统的倍数、数值孔径的关系;设计了投影光刻系统,并进行了分辨力和三维面形的曝光实验。实验结果表明,数字灰度投影光刻技术灵活、方便,尤其在三维浮雕微结构的制作方面,可实现光刻灰度的数字化调制,表面粗糙度可达0.1μm。     

激光微技术的发展现状

介绍了激光微加工技术的特点,与其它微加工技术相比,激光微加工具有非接触、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率等优点,既可以通过去除方式,也可以通过材料堆积进行微加工成型。综述了几种常用的激光微加工技术及其发展趋势,微机电系统（MEMS）技术的进一步成熟,必将带动激光微技术快速发展。     

激光微加工技术制备生物医用器械的现状与进展

激光微加工具有超快、超精密的特性,在医疗器械加工中有着独特的优势,尤其是针对具有良好生物相容性材料的微加工有着不可替代的作用。系统总结了激光微加工制备技术在生物医学领域的若干最新应用,重点讨论了生物材料表面微加工、医学元件和血管支架微结构制备以及三维生物支架快速成型等技术,并进一步指出现有激光微加工制备生物医用材料的局限和发展趋势。     

基于OCDR的飞秒激光直写光波导微结构在线监测

飞秒激光直写技术具有无掩模、真三维、高精度等优点，在透明介质光波导器件立体加工中具有很好的应用前景。然而，实际加工中需根据目标材料的特性反复探索和优化加工参数，过程繁琐且复杂。提出了一种基于光相干域反射仪（OCDR）在线监测飞秒激光在已有波导中直写加工微结构或器件的新技术，以光纤波导为例研究了激光脉冲能量、脉冲频率及直写速率对加工结构回波反射特性的影响，并分析了反射特性与加工工艺参数的对应关系。研究结果表明：通过OCDR反射曲线突变点能够快速准确地确定引起材料性质改变的激光能量和脉冲频率的阈值条件，且根据曲线变化趋势和反射峰特点可判断材料性质改变类型；此外，通过分布式测量激光直写反射曲线，可获得加工速率对加工效果的影响规律。该技术为波导内飞秒激光直写微结构或器件工艺参数的摸索提供了一种非破坏、高效、在线的解决方案。