用于微镜制作的叠层光刻胶工艺及残余应力控制

对应用于微反射镜制作的叠层光刻胶牺牲层工艺及微反射镜表面残余应力控制进行了研究.讨论了光刻胶牺牲层在电镀时的污染问题,提出了用电镀结束后重新制作光刻胶牺牲层的方法来保证牺牲层表面质量.同时提出蒸发电镀相结合的工艺,解决了上层光刻胶溶剂穿过中间结构层浸入底层光刻胶的问题,并通过控制蒸发与电镀过程中应力状态不同的两层金属薄膜的厚度解决了微反射镜镜面存在残余应力问题.最后成功释放了620 μm×500 μm×2μm,悬空高12 μm的微反射镜结构.     

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。     

基于MEMS技术硅微悬臂梁制作工艺研究

针对非制冷红外热成像中的双材料硅微悬臂梁阵列的结构要求,在MEMS常见加工工艺的基础上,提出了单个硅微悬臂梁的制作工艺路线。工艺中使用高浓度HF溶液释放牺牲层磷硅玻璃（PSG）。探讨了双层材料氮化硅和铝之间的断裂及氮化硅和硅基底之间的粘连问题,对工艺中影响成品率的关键因素残余应力进行了分析。     

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。     

MOEMS器件的硅微透镜阵列制造工艺

开发了一种适于MOEMS器件的基于硅微加工技术的简易的硅微透镜阵列制造工艺。通过光刻胶热熔法与ICPRIE(感应耦合等离子反应离子刻蚀)相结合的方式,实现在硅晶圆上批量生产微透镜阵列。通过多层涂胶的方式以及以2.5℃/min的速率从115℃升温至130℃的热熔工艺,获得口径为2.41 mm、矢高99.9μm的光刻胶微透镜阵列。通过控制ICPRIE的胶与硅的刻蚀选择比达到约1∶1,将光刻胶曲率准确地转移到硅晶圆上。     

镍基高温合金深小孔的旋转冷挤压强化工艺优化

采用多级凸包硬质合金挤压工具对镍基高温合金平板中的深小孔进行旋转冷挤压及无旋转冷挤压(主轴转速为0)试验,研究了挤压率(2.4%,3.0%,3.6%)与主轴转速(0,66,200 r·min^-1)对孔壁表面完整性及试样疲劳寿命的影响,确定了旋转冷挤压优化工艺。结果表明：与无旋转冷挤压强化工艺相比,旋转冷挤压强化后孔壁表面微裂纹较少,随着主轴转速的增加,微裂纹增多,表面粗糙增大,且相同主轴转速下,挤压率越大,粗糙度越小,表面硬度越高,残余压应力和压应力层厚度越大。优化旋转冷挤压工艺参数为主轴转速66 r·min^-1、挤压率3.0%,该工艺下的孔壁表面微裂纹少,塑性变形层较厚(约30μm),表层硬度提升(硬度峰值为515 HV),表面粗糙度较低(R_a为0.298μm),沿深度方向形成了厚度约为450μm、应力峰值为498 MPa的周向残余压应力层;在优化工艺下孔强化后试样的疲劳寿命约为未强化试样的6.6倍,疲劳裂纹源由孔壁表面向内部偏移了约45μm。     

滚压强化对45钢螺纹根部表面完整性的影响研究

采用自制的基于普通车床CA6140的螺纹根部滚压强化装置对45钢螺纹试样进行滚压强化工艺处理。使用三维形貌测量仪、显微硬度计、X射线残余应力检测仪、超景深显微镜等检测设备,对滚压完成后的螺纹根部表面粗糙度、表层显微硬度、残余应力,表层显微组织等表面完整性参数进行检测。通过进行单因素试验,探究了螺纹根部滚压强化工艺参数对表面完整性的影响。45钢螺纹试样经过滚压强化工艺后,其螺纹根部的表面粗糙度S_a由1.71μm减小到0.874μm;螺纹根部形成了明显的晶粒细化层,深度达到了120μm;显微硬度由199.3 HV增加到379.5 HV,硬化程度N=90.4%;表层残余应力呈勺型分布,残余应力在距离表面105μm处达到峰值,为-542 MPa,残余压应力层深度可达700μm。研究结果表明：滚压强化技术可以显著提高螺纹根部的表面完整性,且滚压深度这一工艺参数对其的影响最为显著。     

基于MEMS牺牲层技术的发展现状

综述目前比较前沿的几种牺牲层技术的最新进展,简要阐述硅基牺牲层、光刻胶牺牲层、沉积锌牺牲层以及锗化硅(SiGe)牺牲层技术的基本原理和研究现状;同时对这些牺牲层技术的发展趋势以及应用前景进行展望,指出牺牲层技术是微机电系统推广和应用的关键性问题之一.     

光刻热熔微透镜阵列的电铸成形复制技术研究

我们运用光刻胶热熔成形的方法,制作了２０×２０ｍｍ的光刻胶折射型微透镜阵列,单元微透镜相对口径为Ｆ／２,单元透镜直径９０μｍ,中心间隔１００μｍ。在此基础上,采用微电铸镍的方法进行成形复制技术的研究,获得了表面图形转移质量和基底性能均良好的镍模板。本文详细讨论了电铸成形技术的工艺参数控制,以及所得的电铸镍板图形质量分析。     

用于复制柱面微透镜阵列的铸塑工艺

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的柱面微透镜阵列镍模板基础上,采用铸塑工艺得到了高质量的 PMMA 柱面微透镜阵列。文中介绍了静态铸塑的模具设计、工艺过程、参数控制及测试分析。微透镜阵列面形误差小于0.5μm。光刻热熔技术可分为三个步骤:①光刻胶板在掩模的遮蔽下进行紫外曝光;②对已曝光的光刻胶板进行显影和清洗;③热熔成型。     

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。     

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.     

金属网栅结构参数设计与制作

研究了金属网栅结构参数对其光电特性的影响,并通过工艺实验结果测试,验证了分析计算成果。实验采用清洗、涂胶、光刻、显影、镀膜、去胶、电镀工艺流程,并用激光直写曝光代替掩模投影曝光。在MgF₂基底上制作出线宽7 μm,周期400 μm的金属网栅,在3~5 μm波段上透过率大于75％(基底透过率为83％)、电磁屏蔽效率大于8 dB。结果表明:采用等效电路模型分析雷达波垂直入射时金属网栅屏蔽效率;用等效膜理论分析斜入射对屏蔽效率的影响是有效和简便的,通过遮拦比分析中心零级能量变化来说明金属网栅对红外透过的影响;金属网栅的光电特性的矛盾可以通过减小网栅线宽与周期的比值来解决,网栅周期与屏蔽波段密切相关,因此减小线宽对于满足其光电性能要求更为重要。     

微电铸工艺中含N’N-二乙基硫脲添加剂时金属铜填洞机理研究

为了研究含N’N-二乙基硫脲添加剂的微电铸工艺金属铜填洞机理,本文采用线性伏安法、循环电压电流溶出法(CVS)、扫描电镜(SEM)以及XRD测量法研究N’N-二乙基硫脲对微电铸工艺电化学行为的影响,并借助塔菲尔方程,研究微电铸铜反应过程中的电极动力学参数。结果显示：当微电铸铜工艺中加入N’N-二乙基硫脲添加剂时,产生活性极化,提高了铜离子还原时所需的活化能,金属离子的放电速度从2.2214 mA/ cm2降低 到约0.076 mA/ cm2,这样增加了反应时的过电位,促使电极表面晶核成型速度增加,晶体成长速度由2.57μm /min 降低到约0.17μm /min,铜离子的平滑能力提高约50%。这样可以有效减小微电铸时的边沿效应,使金属铜具有良好的填充微型孔洞的能力。本实验通过微电铸工艺成功地将金属铜填充入宽为10μm,深宽比为4：1的微型凹槽中,且镀层内没有空洞、空隙以及细缝等缺陷。     

基于MEMS工艺的高能量密度微电磁驱动器

提出了制作高能量密度电磁驱动器的工艺方法。利用微机械(MEMS)工艺在硅片上得到多匝平面线圈和磁芯的掩模图形,接着沉积种子层铜(Cu),然后对种子层进行整体Cu的电铸;当种子层生长到20 μm左右时,剥离硅片表面的镀层并用光刻胶保护磁芯位置的镀层;再用沿线电铸的方法对线圈进行电铸;最后保护制作好的线圈镀层,电铸NiFe合金材料。在10 mm×10 mm×0.38 mm的硅片上,制作出线圈匝数22×2(铜线截面积60 μm×60 μm、总长度达1 164 mm)、NiFe合金磁芯尺寸为3 mm×3 mm×0.2 mm的高能量密度微型电磁驱动器。把这种微型驱动器应用于无阀微泵做驱动实验:通入0.3 A的正弦电流时,微驱动器产生约50 mN的电磁力。实验结果表明:这种型微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具有更高的能量密度,能产生更大的电磁驱动力。     

用光致抗蚀剂作牺性层材料制作可动微机械

报道了用光致抗蚀剂作牺牲层材料制作可动微机械结构的一种新技术。用这种技术制作可动微机械,动件和固定件同时制作。同现有的牺牲层材料相比,光致抗蚀剂作牺牲层材料具有一些优越性。首先,光致抗蚀剂能直接涂敷,能直接光刻成形。此外,用光致抗蚀剂作牺牲层材料不影响结构的厚度和材料的选择。工艺优化后,结构洁净度、固定件与基片的结合强度及牺牲层去除速度都得到了改善。     

用光致抗蚀剂作牺性层材料制作可动微机械

报道了用光致抗蚀剂作牺牲层材料制作可动微机械结构的一种新技术。用这种技术制作可动微机械,动件和固定件同时制作。同现有的牺牲层材料相比,光致抗蚀剂作牺牲层材料具有一些优越性。首先,光致抗蚀剂能直接涂敷,能直接光刻成形。此外,用光致抗蚀剂作牺牲层材料不影响结构的厚度和材料的选择。工艺优化后,结构洁净度、固定件与基片的结合强度及牺牲层去除速度都得到了改善。     

采用微机械加工技术的微光学加速度

表面微机械加工技术是实现单片集成微光学系统的一种新方法。本文介绍一种新型的采用微机械加工技术的微型光学加速度计,包括设计、关键器件的加工和测试,它是基于光线和光闸相互作用引起通光量变化的工作原理。这一微光学加速度计包含一个2μm厚的多晶硅光闸,光闸采用微弹簧支撑在基片上,微弹簧是长度为200μm的多晶硅褶曲梁,硅基片和微结构之间所夹的牺牲层采用氢氟酸湿法刻蚀去除。光闸设计为一个质量弹簧系统,对加速度力产生响应。     

用于分布反馈光栅的纳米压印模板制作

高质量、低成本的压印模板的获得是采用纳米压印技术制作分布反馈光栅的难点,本文采用双层金属掩模及liftoff金属剥离方法制作了适用于紫外压印技术的石英基压印模板.首先,采用电子柬光刻技术在镀钛的石英基片表面直写出DFB光栅的光刻胶图形,接着,在其表面溅射一层金属镍并进行金属剥离得到与光刻胶相对的图形,最后采用电感耦合等...