金屬微器件制作及超聲提高鑄層結(jié)合力的研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的飛速發(fā)展，金屬微器件作為微傳感/執(zhí)行器的核心部件在醫(yī)療、生物、航空航天等領(lǐng)域的需求日益增多。同時(shí)，基于UV-LIGA技術(shù)制作金屬微結(jié)構(gòu)的方法也逐漸受到人們的關(guān)注。微電鑄是UV-LIGA技術(shù)的核心工藝，在UV-LIGA技術(shù)中占舉足輕重的作用。然而在微電鑄工藝中，鑄層間的結(jié)合力往往不盡人意，嚴(yán)重影響了金屬微器件的制造和使用。本論文主要研究基于UV-LIGA技術(shù)的金屬微器件的制作工藝以及提高鑄層結(jié)合力的超聲電鑄方法，研究結(jié)果

2、能夠?yàn)閁V-LIGA相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供工藝技術(shù)方面的參考。
　　基于UV-LIGA技術(shù)制作了跨尺度微引信結(jié)構(gòu)。首先使用SU-8膠在金屬基底上制作了深寬比為6∶1的微彈簧膠膜，然后采用微電鑄技術(shù)獲得了鎳微彈簧結(jié)構(gòu)，最后去除SU-8膠膜，得到了最小線寬為10μm、深寬比為5∶1的金屬微彈簧，并將其與裝配件進(jìn)行裝配，完成了跨尺度微引信開關(guān)的制作。本文分析了制作SU-8膠膜時(shí)出現(xiàn)的膠膜不平整、膠層中有氣泡、起膠、表面裂紋等問題產(chǎn)生的原

3、因，針對這些問題開展了實(shí)驗(yàn)研究，解決了圖形線寬尺寸超差、SU-8膠顯影時(shí)細(xì)溝道發(fā)黑等問題。
　　為了滿足航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的需求，基于UV-LIGA技術(shù)制作了六層可動金屬微開關(guān)結(jié)構(gòu)。首先對微結(jié)構(gòu)的基底進(jìn)行了預(yù)處理，使其表面粗糙度Ra小于0.04μm，然后利用UV-LIGA和正面對準(zhǔn)技術(shù)逐層完成了微結(jié)構(gòu)的制作，最后去除SU-8膠膜犧牲層，獲得了完整的六層微結(jié)構(gòu)。討論了在制作過程中遇到的鑄層內(nèi)應(yīng)力大、層與層之間結(jié)合力差、微電鑄鑄

4、層厚度不均勻、膠膜顯影困難、線寬尺寸超差、多層膠膜制作困難等問題。在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了六層可動微結(jié)構(gòu)的制作工藝，解決了微結(jié)構(gòu)分層問題，提高了多層結(jié)構(gòu)制作的成功率。
　　針對在UV-LIGA工藝中微電鑄鑄層結(jié)合力差的問題，開展了超聲微電鑄實(shí)驗(yàn)研究。通過在微電鑄過程中施加超聲場，獲得了銅基底上的鎳沉積薄膜。在對劃痕形貌及曲線分析的基礎(chǔ)上，提出了使用劃痕摩擦系數(shù)曲線判斷臨界載荷點(diǎn)的方法。使用該方法對薄膜/基底體系結(jié)合能進(jìn)行了定量計(jì)算。結(jié)果表