压电喷墨腔室键合工艺的研究

描述了一种结合光刻和热键合工艺制作压电喷墨腔室的工艺方法,并对喷墨腔室的键合质量进行研究.首先在Si基底上制作完全交联的SU-8开放腔室,然后在PDMS基底上采用邻近式紫外曝光得到带有锥形喷孔的喷孔板,最后将喷孔板与开放腔室热键合得到一体化的喷墨腔室.通过控制曝光量来得到不同交联程度的喷孔板,测量不同交联程度下喷墨腔室的键合强度;通过优化氧等离子体处理工艺参数,提高了喷墨腔室的键合强度;此外,优化了热键合温度和键合时间,获得最小的腔室变形量.     

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。     

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。     

芯片级原子器件MEMS碱金属蒸气腔室制作

提出了基于两步低温阳极键合工艺的碱金属蒸气腔室制作方法,用于实现原子钟、原子磁力计及原子陀螺仪等器件的芯片级集成.由微机电系统(MEMS)体硅工艺制备了腔室结构.首先采用标准工艺将刻蚀有腔室的硅圆片与Pyrex玻璃阳极键合成预成型腔室,然后引入氮缓冲气体和由惰性石蜡包覆的微量碱金属铷或铯.通过两步阳极键合来密封腔室,键合温度低于石蜡燃点198℃.第一步键合预封装腔室,键合电压小于缓冲气体的击穿电压.第二步键合在大气氛围中进行,电压增至1 200 V来增强封装质量.通过高功率激光器局部加热释放碱金属,同时在腔壁上形成均匀的石蜡镀层以延长极化原子寿命.本文实现了160℃的低温阳极键合封装,键合率达到95％以上.封装的碱金属铷释放后仍具有金属光泽,实现的最小双腔室体积为6.5 mm×4.5 mm×2 mm.铷的吸收光谱表明铷有效地封装在腔室中,证明两步低温阳极键合工艺制作碱金属蒸气腔室是可行的.     

基于热压印技术制备喷墨打印头腔室

为了解决光刻工艺容易导致高深宽比的腔室限流部堵塞且加工成本高的问题,文章提出适用于压电喷墨打印头的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)腔室结构的硅模具热压印制作方法.通过深反应离子刻蚀获得硅模具,研究了热压压力和温度对腔室复制精度的影响,优化了热压参数,最佳压印压力为2.0 MPa,压印温度为135℃.实验证明:该方法具有简单...     

紫外厚胶光刻技术在3-D MEMS电感中的应用

研究了紫外厚胶光刻技术在三维微机械电感中的应用.实验用负性光刻胶SU-8构造了三维微机械电感的胶结构模型,并对光刻胶的工艺条件进行了研究.结果表明,负性光刻胶SU-8的光敏性好,形成的胶结构侧墙较陡直,能够实现较大的深宽比,为结构复杂的三维微机械电感的制作提供了保证.     

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.     

大面积软X射线自支撑金透射光栅的研制

针对等离子体诊断及空间环境探测等领域对软X射线透射光栅的需要,采用全息光刻和微电镀技术制作了自支撑软X射线金透射光栅.在基底与光刻胶之间增加减反膜层以降低高反射基底引起的驻波效应对掩模槽形的影响,使用全息光刻技术获得了侧壁陡直的光栅掩模.然后,在掩模顶部镀保护层并使用反应离子刻蚀获得电镀掩模,通过改变保护层厚度来调节电...     

微型真空传感器制作工艺的研究

介绍微型真空传感器制作工艺的流程,阐述了清洗、氧化、光刻、腐蚀、扩散、键合等工艺的方法和特点,分析了制作工艺过程中出现的问题并提出解决的方法,最后对制作工艺进行总结。     

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.     

微喷孔聚酰亚胺表面持续性亲水工艺

在聚酰亚胺材料上加工用于喷墨打印头的喷孔时,广泛采用激光打孔后填充亲水聚合物使喷孔内壁具有一定的亲水性,从而有利于提升打印头的工作频率。为了简化喷孔的制备工艺,本文提出一种使用氧气与氩气混合等离子体处理的方法,在引入亲水基团的同时增大表面粗糙度,克服通常等离子体处理中聚酰亚胺表面亲水性随着时间增加而逐渐丧失的局限,以期能够长时间维持亲水性。实验结果表明,经过长时间放置后,聚酰亚胺表面能够维持一定的亲水性,表面的接触角能够保持在50°~60°。最后,通过仿真分析验证了亲水性提升对于喷墨打印中墨滴填充的有利影响,墨滴填充时间由140μs缩短至70μs。     

一种新颖的低温硅片直接键合技术

提出一种使用CF4等离子体激活处理硅片表面来降低退火温度的低温硅片直接键合新方法.硅片用CF4等离子体激活处理,经过亲水处理预键合后,再在N2保护下进行40h 300℃的热处理,硅片的键合强度达到了体硅本身的强度.     

PMMA面键合的热压法工艺研究

研究了PMMA热压键合工艺,测量了PMMA的键合强度,利用扫描电镜检测了键合后微流体管道的结构变化,讨论了键合温度、键合压力等因素对键合强度的影响;给出了热压键合的合理工艺参数范围.结果表明,经过参数优化后的热压键合法可以满足PMMA微流体器件对键合的需求.     

基于分合式混合单元的微混合器设计与研究

为实现微尺度下流体的快速均匀混合,基于对流体的分割、合并实现流体间接触面积指数式增长的原理,提出了一种分合式(SAR)混合单元,通过仿真对其支路夹角进行了优化,并最终确定支路夹角θ=70°.利用成熟的标准SU-8光刻及PDMS制作工艺,制作了分合式与组合分合式两种微混合器.采用甘油-水按体积比5:95(0.000 97...     

SU-8胶紫外光刻的尺寸精度研究

研究了衍射效应对SU-8胶紫外光刻尺寸精度的影响。根据菲涅耳衍射理论建立了紫外曝光改进模型,预测微结构的尺寸,分析了光刻参数变化对尺寸的影响。为了更好地与数值模拟结果进行比较,以硅为基底,进行了SU-8胶紫外光刻的实验研究。实验分四组,实验中掩模的特征宽度分别取50 μm、100 μm、200 μm和400 μm,SU-8胶表面的曝光剂量取400 mJ/cm²。用扫描电镜测量了微结构的顶部线宽、底部线宽和SU-8胶的厚度,用MATLAB软件对紫外曝光过程中SU-8胶层内曝光剂量的分布情况进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果基本吻合。数值模拟结果为进一步的实验研究提供了光刻参数的参考值。     

UV-LIGA制作超高微细阵列电极技术

采用UV-LIGA技术制作了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。通过单次涂胶和提高前烘温度、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。     

集成铜金属压阻层的SU-8胶悬臂梁微力传感器的制作

由于SU-8胶的弹性模量比硅的低,在SU-8胶悬臂梁上集成金属压阻可获得很高的力灵敏度系数,因此本文基于SU-8胶设计并制作了一种集成蛇形结构铜金属压阻层的SU-8胶悬臂梁微力传感器。介绍了制作微力传感器的新型工艺,并进行了传感器性能测试。实验结果表明:设计的SU-8胶微力传感器在0～350μN具有较好的线性度,力灵敏度为0.24mV/μN,测量误差为4.06%。该微力传感器可以满足对微小力的测量,相对于硅材料的微力传感器,其制作工艺更加简单,周期更短。由于SU-8胶的生物兼容性好,该传感器在生物医学研究领域有着很好的应用前景。     

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。     

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。