微器件的制作和微電鑄均勻性的研究.pdf

1、微型化、集成化和便攜化是科技發(fā)展的一種趨勢(shì)，微機(jī)電系統(tǒng)（Micro ElectroMechanical System, MEMS）工藝是實(shí)現(xiàn)器件微型化、集成化和便攜化的重要手段。在MEMS眾多研究方向中，因生物MEMS應(yīng)用潛力大、科技優(yōu)勢(shì)顯著成為研究的熱點(diǎn)之一。其中基于MEMS工藝的微針和微流控芯片是生物MEMS醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究的典型器件。背面曝光技術(shù)和微電鑄技術(shù)分別是制作微針和微流控芯片模具的關(guān)鍵技術(shù)，然而背面曝光制作微針的技術(shù)尚不成熟，

2、電鑄技術(shù)也存在著鑄層厚度不均勻的問(wèn)題，嚴(yán)重制約了微針和微流控芯片在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。本文使用模擬軟件Matlab和COMSOL并結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，探究?jī)?yōu)化基于背面曝光工藝制作微針的成型方法和改善電沉積均勻性的可行性措施。本文的研究工作可以為MEMS生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)。
　　本文基于標(biāo)量角譜衍射理論，利用Matlab軟件進(jìn)行了圓孔衍射的模擬，確定了定值圓孔制作微針的最佳衍射光場(chǎng)范圍。通過(guò)調(diào)整基底厚度、曝光劑量等參數(shù)，制作了高

3、度從265μm到380μm，傾角從5.1°到15.6°，底端直徑遠(yuǎn)大于掩膜版上對(duì)應(yīng)圓孔直徑的SU-8膠微針陣列。用微針側(cè)壁傾角和頂部直徑與掩膜版上圓孔直徑的比值R評(píng)價(jià)微針的尖銳程度，分析并討論了實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題。
　　利用電沉積理論和法拉第第一定律推導(dǎo)了電流密度分布與鑄層厚度分布的關(guān)系?；陔娏髅芏葦?shù)值分布模型，采用COMSOL模擬軟件，研究了輔助陰極對(duì)陰極電力線和電流密度分布的影響并對(duì)輔助陰極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，預(yù)測(cè)了鑄層形貌。為驗(yàn)

4、證仿真結(jié)果，采用控制變量法設(shè)計(jì)了比對(duì)實(shí)驗(yàn)，用電感測(cè)微儀測(cè)量了電鑄后的鑄層厚度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果趨勢(shì)相同，結(jié)果表明:微電鑄模具的鑄層厚度不均勻度由142.0％縮減至68.9％。
　　基于微電鑄技術(shù)制作了厚度為200μm的鎳金屬模具。為實(shí)現(xiàn)微流控芯片模具的納米結(jié)構(gòu)定域加工，改善其表面性能，使用飛秒激光加工技術(shù)在鎳模具表面加工了微納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了鎳模具部分表面由親水性向疏水性的轉(zhuǎn)變。使用熱壓印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微納米結(jié)構(gòu)從鎳模具到PMMA的精