高精度AZ厚胶光刻及在微型射频同轴器制作中的应用

基于正负胶结合的UV-LIGA技术在金属基底上制作了一种新型无源微型射频同轴传输器。针对制作过程中由于胶膜内部曝光剂量分布不均匀导致的正性厚胶AZ50XT光刻图形精度低的问题,在紫外光刻工艺的基础上,采用分次曝光显影的方法,制作了高尺寸精度的电铸胶膜。对不同尺寸的掩膜板图形进行分次曝光显影试验,研究了分次曝光显影法对光刻图形尺寸精度的影响。试验结果表明:分次曝光显影法可以显著提高AZ50XT胶膜图形化精度,并且光刻图形的精度与掩膜板图形尺寸无关。最后,基于上述试验成果,制作了整体尺寸为3000μm×400μm×200μm,单层最大厚度为60μm,侧壁倾角均大于85°的微型射频同轴传输器。     

基于微电铸工艺的摩擦接触式微型惯性开关

针对微型惯性开关闭合时间短、接触弹跳问题,设计了增强接触效果的摩擦接触式微型惯性开关。基于MEMS惯性开关工作原理,建立了开关物理模型,研究了不同类型惯性开关的闭合性能,提出了增强接触的摩擦接触方法,设计了摩擦接触式微型惯性开关的结构。为了对比接触性能,基于UV–LIGA叠层光刻和精密微电铸工艺,研制了3种不同类型的惯性开关。最后,进行落锤试验,测试结果显示:施加400g外载加速度时,刚性、柔性、摩擦接触式微型惯性开关的闭合时间分别为10μs、80μs、620μs;在惯性开关中引入摩擦电极,既能延长闭合时间,又能解决弹跳问题。研究结果表明,摩擦接触式微型惯性开关在增强接触效果方面具有很大的优越性。     

基于电化学沉积的高深宽比无源MEMS惯性开关的研制

基于电化学沉积技术在金属基底上制作了一种新型的无源MEMS惯性开关。针对高深宽比、细线宽微电铸用光刻胶模具制作过程中,由于SU-8胶膜严重侧蚀导致的胶膜制作困难、质量低下的问题,进行了紫外光刻试验研究。试验研究了不同曝光剂量和后烘时间对SU-8胶光刻效果的影响,优化了光刻工艺参数。采用降低曝光剂量和延长后烘时间相结合的方法解决了高深宽比、细线宽SU-8胶膜制作困难的问题,制作出高质量的微电铸用光刻胶模具。最后,在上述试验结果基础上制作了一种高深宽比、无源MEMS惯性开关。其外形尺寸为3935μm×3935μm×234μm,其中最细线宽12μm,单层最大深宽比达10∶1,多层最大深宽比达20∶1。     

装配式惯性开关的兆声辅助微电铸均匀性研究

在装配式惯性开关的电铸过程中,电场的边缘效应干扰了电力线在阴阳极间的均匀分布,导致铸层厚度均匀性问题突显,使得制作周期延长。为了缩短装配式惯性开关的制作周期,将兆声波引入到微电铸过程,以装配式惯性开关中电铸均匀性最差的滑块结构为例,开展改善微电铸层均匀性的研究工作。首先,利用COMSOL仿真分析软件对滑块结构有、无兆声波辅助条件下的微电铸加工过程中的电流密度分布和铸层厚度分布进行仿真。仿真结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,兆声波辅助微电铸加工可以有效改善铸层厚度均匀性。兆声波功率密度越大,铸层厚度均匀性越好。在数值模拟的基础上,对兆声波辅助电铸过程展开试验研究。试验结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,双向加载2.4 W/cm²的兆声波辅助微电铸加工的铸层厚度均匀性提高了51.78%,试验与仿真结果趋势一致。基于仿真和试验结果,将双向加载2.4 W/cm²的兆声波引入微电铸工艺,制作了总体尺寸20 mm×20mm、总高度900μm,符合设计要求的装配式惯性开关。与无兆声波辅助微电铸制作完成的装配式惯性开关相比,制作时间缩短了25%。     

大高宽比阶梯型铜微柱阵列的制作

基于THB–151N光刻胶的微电铸工艺制作了一种阶梯型铜微柱阵列。针对THB–151N光刻胶显影过程中20μm微盲孔显影困难和底部留膜的问题,提出了一种基于浸没式双向兆声波辅助的显影方法。仿真研究了兆声功率密度和微盲孔深宽比对显影液传质过程的影响。优选了兆声功率密度和微盲孔深宽比,并开展了兆声辅助显影的试验研究。同时,针对THB–151N胶膜因曝光剂量选择不当导致微盲孔侧壁垂直度差的问题,通过光刻试验分析了曝光剂量对微盲孔侧壁垂直度的影响,拟合出曝光剂量与胶膜厚度的经验方程。在上述工艺方法和试验研究的基础上,制作出高度300μm、整体高宽比达15∶1、最小边长20μm、4×6的阶梯型铜微柱阵列。     

基于电化学刻蚀与微电铸工艺的微流控芯片模具制作

为解决微流控芯片模具在微电铸工艺中铸层与基底结合力差的问题,在光刻工艺的基础上,采用掩膜电化学刻蚀和微电铸相结合的方法,制作出了结合力较好的镍基双十字微流控芯片模具。针对掩膜电化学刻蚀的工艺参数进行了试验研究,选定了制作微流控芯片模具的最佳工艺参数,解决了酸洗引起胶膜脱落失效、刻蚀引起侧蚀等问题。使用剪切强度表征界面结合强度,运用剪切法测量了微电铸层与基底的剪切强度,定量分析了酸洗工艺和刻蚀工艺的参数对界面结合强度的影响。试验结果表明,酸洗20s后电铸层与基底的剪切强度相对于直接电铸提高了98.5%,刻蚀5min后剪切强度提高了203.6%。刻蚀5min后的剪切强度相对于酸洗20s后电铸的剪切强度提高了53.0%。本文提出的方法能够有效提高铸层与基底的界面结合强度,延长微流控芯片模具的使用寿命。