紫外线厚胶光刻技术研究及应用

紫外线厚胶光刻技术已广泛应用于3D微机械结构的制作.本文选用AZ4620和SU-8两种光刻厚胶,采用德国卡尔*休斯公司的MA-6双面对准光刻机,对紫外线光刻工艺条件进行了对比研究,结果表明,负性光刻胶SU-8的光敏性好,胶结构图形的侧墙较陡直,能够实现较大的深宽比,为复杂结构的三维微机械器件的制作提供了保证.     

紫外线厚胶光刻技术研究及应用

紫外线厚胶光刻技术已广泛应用于 3D微机械结构的制作。本文选用AZ4 6 2 0和SU 8两种光刻厚胶 ,采用德国卡尔·休斯公司的MA 6双面对准光刻机 ,对紫外线光刻工艺条件进行了对比研究 ,结果表明 ,负性光刻胶SU 8的光敏性好 ,胶结构图形的侧墙较陡直 ,能够实现较大的深宽比 ,为复杂结构的三维微机械器件的制作提供了保证。     

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。     

玻璃纤维增强SU-8胶技术

SU-8胶是一种能够以低成本制作高深宽比微结构的负性光刻胶,在非硅微电子机械系统(MEMS)领域具有广阔的应用前景。针对SU-8胶作为微结构材料时,其弹性模量和断裂强度较低的特性,采用透明度高的微细玻璃纤维作为增强相材料,制备玻璃纤维/SU-8复合材料。开发出一种既能够增强成型后SU-8微结构机械强度,又不影响SU-8可直接光刻成型能力的改性技术。通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对该复合材料的微观结构进行了分析和表征。同时,利用拉伸实验对复合材料的机械性能进行测试。实验结果表明,在不改变紫外光刻电铸(UV-LIGA)的光刻-显影工艺特征的条件下该复合材料的弹性模量(1 613 MPa)、断裂伸长率(1.63%)和断裂强度(26.7 MPa)均比纯SU-8胶材料有较大提升。     

SU-8胶及其在MEMS中的应用

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶.它适于制超厚、高深宽比的MEMS微结构.SU-8胶在近紫外光范围内光吸收度低,故整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致,可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形;它还具有良好的力学性能、抗化学腐蚀性和热稳定性; SU-8胶不导电,在电镀时可以直接作为绝缘体使用.由于它具有较多优点,被逐渐应用于MEMS的多个研究领域.本文主要分析SU-8胶的特点,介绍其在MEMS的一些主要应用,总结了我们研究的经验,以及面临的一些问题,并对厚胶技术在我国的应用提出建议和意见.     

SU-8环氧树脂的分离实验研究

为分析和解决商业用SU-8胶在355 nm波长的吸收性和后烘缩胶等问题,先采用柱层析对SU-8环氧树脂进行分离,然后进一步用高压液相色谱-尺寸排阻色谱法对SU-8环氧树脂进行分离和分析。结果表明,SU-8环氧树脂包括SU-1,SU-2,SU-4,SU-6和SU-8多种组分及其它杂质,分子量分布在100-100 000的范围。根据分析结果,研究了上述问题出现的原因,并配制了性能优化的SU-8光刻胶,结合全息光刻技术制作了三维光子晶体。     

基于UV-LIGA技术的双层微齿轮模具镶块工艺

以氧化铟锡(ITO)玻璃作为基底,采用UV-LIGA技术制作了双层微齿轮型腔模具的镶块。首先,采用正胶(RZJ-304)进行光刻,在ITO玻璃表面电镀镍掩模,通过镍掩模对第一层SU-8光刻胶进行背面曝光。再利用正面套刻的方法对第二层SU-8光刻胶进行曝光,显影得到双层微齿轮的胶模。最后,进行微电铸得到双层微齿轮型腔镶块。通过实验验证了双层微齿轮模具镶块制作的工艺流程,优化了其工艺参数,克服了底部曝光不足引起的问题,并对制作工艺过程中产生的涂胶不平整、前烘时胶层不稳定、热板加热不均以及接触式曝光破坏胶层表面等问题进行了研究。所制得的双层微齿轮胶模垂直度高,表面质量好,且套刻精度高。     

SU-8胶深紫外光刻模拟

综合了SU-8胶光刻过程中衍射、反射、折射、吸收率随光刻胶深度的变化及交联显影等各种效应,考虑了折射及吸收系数随时间的变化,建立了SU-8化学放大胶的光刻模型.模拟结果显示,该模型比现有的模拟方法结果更精确,与实验结果符合较好,可以在实际应用中对SU-8光刻胶的二维模拟结果进行有效预测.     

SU-8胶深紫外光刻模拟

综合了SU-8胶光刻过程中衍射、反射、折射、吸收率随光刻胶深度的变化及交联显影等各种效应,考虑了折射及吸收系数随时间的变化,建立了SU-8化学放大胶的光刻模型.模拟结果显示,该模型比现有的模拟方法结果更精确,与实验结果符合较好,可以在实际应用中对SU-8光刻胶的二维模拟结果进行有效预测.     

基于紫外厚胶的探针加工工艺

研究了一种基于紫外厚胶SU-8的亚毫米探针的加工工艺,通过溶液间的界面张力形成微球,再由深紫外光刻形成微柱。这种新技术利用紫外LIGA技术替代较为复杂昂贵的深反应离子刻蚀(DRIE)技术,使用甘油补偿紫外胶与空气之间的折射率差,使紫外光透过微球后依然可以曝光厚达几百微米SU-8胶形成微柱,并且提出原位放大接触点的对准方法,实现了微球与微柱的同轴。最终实现高深宽比的探针结构,可以作为关键部件应用于三坐标测量机。由于此工艺与传感器工艺相容,探针可以直接制作在集成了传感器的测头基底上,大幅减少了装配误差。     

用SU-8胶制高深宽比微结构的试验研究

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶，它适于超厚、高深宽比的MEMS微结构制造。但SU-8胶对工艺参数很敏感。采用正交试验设计方法对其工艺进行分析。采用三个因素进行试验，对试验进行了分析。以200μm厚的SU-8为例进行试验研究，得到光刻胶图形侧壁陡直，分辨率高，与基底附着性能，深宽比大于20。     

一种PDMS薄膜型微阀的制备与性能分析

通过厚胶光刻工艺在硅片上制备SU-8胶模板，利用该模板制备了高分子聚合物PDMS(Polvdimethvlsiloxane，聚二甲基硅氧烷)微流道和薄膜结构。通过对不同结构的两层PDMS的不可逆粘接得到一种简单的阀结构，在外加气源压力作用下薄膜产生变形实现对微流道的控制。实验测量了微阀的控制气源压力与被控制液体流量之间的关系，说明膜阀的开闭性能良好。根据弹性薄膜的变形理论，对影响微阀性能的参数进行了分析，并提出了几种可行的用于薄膜微阀控制的方法。     

应用三维线算法的SU-8胶光刻过程模拟

采用二维法向量作为分量,加权求和近似得到三维网格点上的单位法向量,将经典的二维线算法改进为三维形式。综合SU-8胶光刻过程中衍射、吸收率随光刻胶深度的变化及交联显影等各种效应,应用该三维线算法对SU-8化学放大胶进行光刻过程三维建模。该模型对被加工表面演化过程的模拟较为精确,可在实际应用中对SU-8胶的光刻模拟结果进行有效预测。     

SU-8胶曝光衍射效应的模拟及丙三醇补偿方法

基于SU-8胶的UV-LIGA技术是MEMS中制备高深宽比结构的一种重要方法,但由于衍射效应会使结构的侧壁不再垂直.根据菲涅耳衍射模型,考虑了丙三醇/SU-8界面的反射和折射现象,模拟了丙三醇填充在掩膜版和光刻胶之间时的刻蚀图形.计算结果与已有的实验进行了比较,模型基本可以描述这种光刻过程,可在设计时作为参考.     

SU-8胶及其在MEMS中的应用

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶。它适于制超厚、高深宽比的MEMS微结构。SU-8胶在近紫外光范围内光吸收度低,故整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致,可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形;它还具有良好的力学性能、抗化学腐蚀性和热稳定性;SU-8胶不导电,在电镀时可以直接作为绝缘体使用。由于它具有较多优点,被逐渐应用于MEMS的多个研究领域。本文主要分析SU-8胶的特点,介绍其在MEMS的一些主要应用,总结了我们研究的经验,以及面临的一些问题,并对厚胶技术在我国的应用提出建议和意见。     

SU-8胶与基底结合特性的实验研究

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶。它适于制作超厚、高深宽比的MEMS微结构。为电铸造出金属微结构，通常需要采用金属基底。但SU-8胶对金属基底的结合力通常不好，因而限制了其深宽比的提高。从SU-8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以及基底对近光紫外光的折射特性入手，对SU-8胶与基底的结合力进行分析，首次指出：在近紫外光的折射率高的基底与SU-8胶有很好的结合性。经实验得出经过氧化处理的TI片的SU-8胶的结合性强。这有利于为MEMS提供低成本，高深宽比的金属微结构。     

用于微流控芯片的PDMS微混合器工艺和数值分析

介绍了一种用软光刻技术制作微流芯片上PDMS微混合器的工艺。首先用SU-8胶制作微模具,然后用复制压模法制作出PDMS微通道,最后用紫外光表面改性实现PDMS材料和玻璃基片的键合。阐述了微混合的机理,用数值分析方法对三种形状微混合器进行了液体混合效率的分析,结果表明,弯形管道特别是Z形管道,由于惯性力在横截面上产生的二次流动能有效增大液体间的微混合面积,因而大大提高了液体混合的效率。     

SU-8胶曝光衍射效应的模拟及丙三醇补偿方法

基于SU-8胶的UV-LIGA技术是MEMS中制备高深宽比结构的一种重要方法,但由于衍射效应会使结构的侧壁不再垂直，根据菲涅耳衍射模型,考虑了丙三醇/SU-8界面的反射和折射现象,模拟了丙三醇填充在掩膜版和光刻胶之间时的刻蚀图形。计算结果与已有的实验进行了比较,模型基本可以描述这种光刻过程,可在设计时作为参考。     

主光轴平行于基底的微透镜阵列设计与制作

用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光刻工艺实现了一种主光轴平行于基底的微透镜阵列。首先对微透镜形成过程中的PDMS薄膜受力和变形情况进行了分析,并采用有限元分析方法对不同压力、不同厚度的薄膜变形情况进行了模拟,确定了合理的微透镜腔体结构;然后利用SU-8负模制作了PDMS微透镜腔体,将腔体与盖片进行了密闭封装,通过一定的压力向其注入紫外固化光学胶成型了微透镜阵列;最后使用自制装置对微透镜阵列的聚焦效果进行了测试。结果表明,提出的制作方法简单易行、成本低廉和焦距可控,而且易与其它的微系统集成到同一芯片。     

乐甫波器件温度特性实验研究

研究了基于ST-90°X石英基片和SU-8波导层的乐甫波器件的温度特性。采用电极宽度控制单向单相(EWC/SPUDT)结构和铝电极,设计制作了具有单一模式控制功能和低插入损耗的150 MHz剪切型声表面波(SH-SAW)延迟线器件,并在其表面涂覆不同膜厚的SU-8声波导层构成系列乐甫波器件。由于SU-8波导层与石英基片温度系数的相反极性特性,SU-8膜厚直接影响到了乐甫波器件的温度特性。实验发现,覆盖不同膜厚的SU-8的乐甫波器件的中心频率随温度呈非线性变化,且在60~80℃内,SU-8膜厚为0.95μm时,其频率温度系数约为0.830×10-6/℃。