激光—微笔/微喷直写集成制造MEMS微结构关键技术研究

发布时间：2021-01-27 03:52

　　近年来，伴随MEMS微制造领域向柔性化、定制化、集成化、智能化发展的潮流，基于“自由堆积／去除”原理的直写技术迅速崛起，成为备受关注和研究的新型微制造技术。面对机遇，开发具有自主知识产权的直写微制造技术与设备对提升我国在MEMS制造领域中的技术水平和核心竞争力具有十分重要的意义。本文在实验室自主研发的微笔／微喷直写沉积和激光微熔覆电子浆料工艺基础上，提出基于激光-微笔／微喷直写技术集成制造MEMS微结构的工艺路线，对相关的多功能直写集成制造工艺设备、基础材料体系和关键工艺过程进行了较系统的探索和讨论。采用微笔、微喷直写沉积和激光微熔覆工艺中的一种或几种工艺组合，分别在石英玻璃和Al₂O₃陶瓷基片上制作了MEMS器件单元微结构如信号电路、基础薄膜、叉指悬臂、三维薄壁墙及基础微型桥等，实证了激光-微笔／微喷直写集成制造MEMS微结构的现实可行性。主要研究成果总结如下：基于快速原型工艺集成和多功能快速原型制造系统的基本原理，设计和开发了一台多功能直写微制造系统，该系统集成了激光、微笔和微喷三种直写加工工具，具有柔性化、集成化、多功能、可扩展和开放性... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

喷墨沉积直写工艺原理

S.BFulfer等人又将喷墨印刷直写技术与MEMS技术中的牺牲层技术相结合，采用纳米粒子墨水作为结构层、PMMA聚合物作为牺牲层成功制作了热执行器和线性驱动马达等可动MEMS器件协’]，如图1一3和1一4所示。但是，因为所适用墨水的粘度限制(必须小于IPa.S)，单次喷写膜厚仅为纳米级，为了使结构不塌陷必须多次喷墨，对于厚度要求较大的支撑部件，喷墨次数需要多达数百次，效率较低。刮板PMMA溶液基片l哪一喷头髦瀚淇翼然撰龚舞麟撰{羹魏葵悬臂梁/麟瓣蘸蒸巍群彝麟瓢图1一3基于喷射沉积工艺制造悬臂梁结构工艺流程(a)悬臂梁结构热执行器(b)静电驱动微型旋转马达图1一4基于喷射沉积工艺制造的悬臂梁结构热执行器和线性驱动马达显然，喷墨直写沉积工艺的成功主要在于利用了成熟稳定的打印喷嘴制造技术，但是由于对电子墨水的粘度范围要求很高，很多电子材料难以做成与打印喷嘴兼容

S.BFulfer等人又将喷墨印刷直写技术与MEMS技术中的牺牲层技术相结合，采用纳米粒子墨水作为结构层、PMMA聚合物作为牺牲层成功制作了热执行器和线性驱动马达等可动MEMS器件协’]，如图1一3和1一4所示。但是，因为所适用墨水的粘度限制(必须小于IPa.S)，单次喷写膜厚仅为纳米级，为了使结构不塌陷必须多次喷墨，对于厚度要求较大的支撑部件，喷墨次数需要多达数百次，效率较低。刮板PMMA溶液基片l哪一喷头髦瀚淇翼然撰龚舞麟撰{羹魏葵悬臂梁/麟瓣蘸蒸巍群彝麟瓢图1一3基于喷射沉积工艺制造悬臂梁结构工艺流程(a)悬臂梁结构热执行器(b)静电驱动微型旋转马达图1一4基于喷射沉积工艺制造的悬臂梁结构热执行器和线性驱动马达显然，喷墨直写沉积工艺的成功主要在于利用了成熟稳定的打印喷嘴制造技术，但是由于对电子墨水的粘度范围要求很高，很多电子材料难以做成与打印喷嘴兼容


本文编号：3002372