惯性微开关的制作及正性厚胶工艺研究

发布时间：2017-09-02 07:25

  本文关键词：惯性微开关的制作及正性厚胶工艺研究

  更多相关文章： 惯性微开关 UV-LIGA 蜂窝结构 AZ 50XT 高深宽比

【摘要】：随着微制造工艺技术的发展,具有特定功能的金属微器件因为其体积小、成本低、性能优越而在信号检测、疾病分析、武器装备、航空航天、生物工程等领域取得了广泛的应用。基于紫外光刻和微电铸的UV-LIGA工艺是制作金属微器件的有效手段之一。本文基于多层UV-LIGA工艺制作了跨尺度高深宽比金属惯性微开关,探究了蜂窝结构对大面积铸层分层现象的影响,并研究了正性光刻胶AZ 50XT的制作工艺。采用多层UV-LIGA工艺在金属基底上制作了跨尺度、高深宽比惯性微开关并测试了其动态性能。工艺过程中,为了提高UV-LIGA工艺制作的金属微结构的深宽比,采用多层叠加的方法获得了深宽比为17：1的微开关器件。针对多层金属微结构制作过程中层间结合力差的问题,通过小电流密度预铸、等离子去胶的方式提高层间结合力,解决了微电铸铸层分层的问题。为解决高深宽比微结构内SU-8胶去除难的问题,通过湿法化学方式去除光刻胶,获得了轮廓清晰的微结构。在此基础上,成功制作了跨尺度、高深宽比惯性微开关。其外形尺寸为14×11×0.6mm,最小线宽为29.8μm,最大深宽比为17：1。最后,采用转台测试设备测试了惯性微开关的动态性能,测试结果表明该开关能满足设计要求。为减小金属微结构制作过程中铸层与基底分离的风险,采用仿真和实验的方法,研究了蜂窝结构对大面积铸层分层现象的影响。结果表明,在蜂窝孔几何形状、布局形式和排布数量不变的情况下,采用蜂窝结构后,减小铸层面积可以有效地降低铸层的分层程度,减小了微器件与基底发生分离的风险。对于边长为7mm的正方形铸层,60%的去除面积可以有效降低铸层的分层程度。在铸层上增加蜂窝孔数量并采用矩形蜂窝孔可以使得铸层面积分布更加均匀,铸层的分层程度被进一步降低。基于以上研究成果,对微开关器件“基板”进行了结构优化设计,并成功制作了改进后的基板。为了解决高深宽比金属微结构制作后SU-8胶去除难的问题,研究了AZ 50XT正性光刻胶的制作工艺。采用等离子清洗的方式去除了多层光刻过程中AZ 50XT光刻胶表面的非极性污染物,提高了多层光刻过程中胶层表面的清洁度。研究了曝光时间对胶层表面质量和尺寸误差的影响。结果表明：随着曝光时间的增加,胶层底部残留的光刻胶厚度被降低。但随着曝光时间的增加,微结构的线宽误差也会增大。当曝光时间超过9min时,随着曝光时间的增加,胶层表面质量变差。采用正性光刻胶作为模具进行了电铸铜实验,结果表明AZ 50XT和电铸铜工艺具有良好的兼容性。
【关键词】：惯性微开关 UV-LIGA 蜂窝结构 AZ 50XT 高深宽比
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 惯性微开关制作工艺的研究进展9-11
• 1.2 铸层分层程度降低方法的研究进展11-13
• 1.3 厚胶制作工艺研究进展13-15
• 1.4 本文的研究内容15-17
• 2 惯性微开关制作工艺研究17-35
• 2.1 惯性微开关工作原理17
• 2.2 惯性微开关的制作工艺17-25
• 2.2.1 弹簧制作工艺18-23
• 2.2.2 后座滑块、隔爆板、转销制作工艺23-24
• 2.2.3 基板的制作工艺24
• 2.2.4 微装配24-25
• 2.3 工艺问题研究25-33
• 2.3.1 层间结合力25-26
• 2.3.2 铸层内应力26-27
• 2.3.3 高深宽比27-29
• 2.3.4 SU-8胶去除29-31
• 2.3.5 制作误差31-33
• 2.4 惯性微开关的动态性能测试33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 蜂窝结构降低铸层分层程度的研究35-50
• 3.1 蜂窝结构35-37
• 3.2 铸层分层程度的仿真分析37-42
• 3.2.1 仿真中的假设38
• 3.2.2 等效温度载荷法38-40
• 3.2.3 边界条件的施加40
• 3.2.4 网格划分40-41
• 3.2.5 仿真结果分析41-42
• 3.3 铸层分层程度降低实验42-45
• 3.4 分层程度降低机理分析45-46
• 3.5 蜂窝结构优化46-47
• 3.6 惯性微开关结构优化47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 4 正性厚胶AZ 50XT制作工艺研究50-64
• 4.1 AZ 50XT光刻胶光分解机理50-51
• 4.2 制作工艺流程51-54
• 4.2.1 甩胶52
• 4.2.2 前烘52
• 4.2.3 再润湿52-53
• 4.2.4 曝光53
• 4.2.5 显影53-54
• 4.3 工艺问题研究54-63
• 4.3.1 表面清洗54-57
• 4.3.2 曝光剂量57-59
• 4.3.3 线宽误差59-62
• 4.3.4 电铸铜工艺的兼容性62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

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本文编号：777176