第1期 微细加工技术 2005年3月 MICROFABRICATION TECHNOLOGY Mar,2005 文章编号:10038213(2005)01-007504 多层复杂结构准LIGA一体化加工工艺的研究 姜勇,陈文元,赵小林,丁桂甫,倪志萍,王志民 (上海交通大学微纳米科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室 微米与纳米加工技术国家级重点实验室,上海200030) 摘要:准LIGA加工工艺通常只能加工单层准三维体。本研究采用SU-8胶准LIGA 技术,解决了多层套刻、种子层和表面活化等技术难题,加工出了三维五层一体化复 杂结构。实践证明,所提出的工艺实际可行,进一步拓展了准LIGA工艺的应用。 关键词:准LICA;SU-8胶;套刻;种子层;表面活化 中图分类号:TN30 文献标识码:A 1引言 三维复杂结构进行了探索。图1是进行工艺 实验的多层复杂结构—码轮组A和B,它 准LIGA技术1是在LGA技术基础上们分别由5层结构组成包括3层齿数不同 发展起来的,它用紫外光刻取代LIGA技术的码轮和2层结构相同的垫圈,其中码轮由 的同步辐射X光刻,结合模具电铸技术进行垫圈隔开,垫圈面积小于码轮齿根圆面积。 金属等微结构的加工和制备,与LIGA技术对这样一个复杂结构进行一体化加工,传统 相比,准LIGA技术不需要昂贵的同步辐射的准LIGA技术很难胜任,本文所提供的基 光源和X光掩模板,降低了加工成本,而且于SU8胶的准LGA技术的工艺和方法是 加工精度高周期短,是微结构加工中一个比种较好的选择 较理想的选择。 由于此种加工方法采用多层电铸,因此 但是准LIGA工艺通常只能加工单层准 B码轮组 三维体,即加工的结构只适用于纵向垂直形 式,且纵向不能有变化,对于多层的复杂结构 A码轮组 则无能为力,因此本文提出并研究了基于 SU8胶的准LIGA技术,结合多层套刻、种 子层、表面活化技术,对多层复杂结构进行了 一体化加工,在单层准LIGA加工技术基础 上迈进了一步,实现了多层一体,减小了装配 误差和配合误差,对应用准LIGA技术加工 图1进行工艺实验的多层复杂结构 收稿日期:20040628;修订日期:200409-01 基金项目:国家863计划资助项目(2003AA404210) 作者简介:姜勇(1974),男黑龙江绥化人硕士,从事MEMS微细加工工艺研究。 万方数据
第1期 2005年3月 微细加工技术 MICROFABRICATl0N TECHNOLOGY No．1 Mar．。2005 文章编号：1003．8213(2005)01．0075．04 多层复杂结构准LIGA一体化加工工艺的研究 姜勇，陈文元，赵小林，丁桂甫，倪志萍，王志民 (上海交通大学微纳米科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室 微米与纳米加工技术国家级重点实验室，上海200030) 摘要：准LIGA加工工艺通常只能加工单层准三维体。本研究采用SU一8胶准LIGA 技术，解决了多层套刻、种子层和表面活化等技术难题，加工出了三维五层一体化复 杂结构。实践证明，所提出的工艺实际可行，进一步拓展了准LIGA工艺的应用。 关键词：准LIGA；SU．8胶；套刻；种子层；表面活化 中图分类号：TN305 文献标识码：A 1 引言 准LIGA技术L1 J是在LIGA技术基础上 发展起来的，它用紫外光刻取代LIGA技术 的同步辐射x光刻，结合模具电铸技术进行 金属等微结构的加工和制备，与LIGA技术 相比，准LIGA技术不需要昂贵的同步辐射 光源和x光掩模板，降低了加工成本，而且 加工精度高，周期短，是微结构加工中一个比 较理想的选择。 但是准LIGA工艺通常只能加工单层准 三维体，即加工的结构只适用于纵向垂直形 式，且纵向不能有变化，对于多层的复杂结构 则无能为力，因此本文提出并研究了基于 SU一8胶的准LIGA技术，结合多层套刻、种 子层、表面活化技术，对多层复杂结构进行了 一体化加工，在单层准LIGA加工技术基础 上迈进了一步，实现了多层一体，减小了装配 误差和配合误差，对应用准LIGA技术加工 三维复杂结构进行了探索。图l是进行工艺 实验的多层复杂结构——码轮组A和B，它 们分别由5层结构组成，包括3层齿数不同 的码轮和2层结构相同的垫圈，其中码轮由 垫圈隔开，垫圈面积小于码轮齿根圆面积。 对这样一个复杂结构进行一体化加工，传统 的准LIGA技术很难胜任，本文所提供的基 于SU．8胶的准LIGA技术的工艺和方法是 一种较好的选择。 由于此种加工方法采用多层电铸，因此 B码轮组 图1进行工艺实验的多层复杂结构 收稿日期：2004-06-28；修订日期：2004-09．01 基金项目：国家863计划资助项目(2003AA404210) 作者简介：姜勇(1974一)，男，黑龙江绥化人，硕士，从事MEMS微细加工工艺研究。 万方数据
微细加工技术 2005年 层间的结合问题是一体化实现的关键,根据 电铸材料的性质,选用合适的材料作为种子 a消洗玻璃基底 b底层歌射C 层,同时对每层电铸层表面进行清洁、活化处 理,增加材料表面活化能,以增强结合力。 另外,为保证组合后系统的装配精度和底层涂胶光鄭显影腐蚀"d正面藏射T,氧化 运行精度,要求各层结构相对位置误差小,因 去胶,做对时焦城准图形 此套刻精度也成为了一体化工艺的关键。多 SU-8 层结构层层覆盖,对焦基准图形不可能制作 在基片正面,而只能制作在基片背面使用双甩胶光显影(第一层码轮)电铸N 面曝光光刻机,每层光刻时均以背面基准图 形作为基准,以保证多层结构的高位置精度。 g平活化处N表面h甩胶光显影(垫圈 2加工工艺 图2是加工工艺示意图。试验选用玻璃 基片,甩胶前,先用丙酮酒精、去离子水对基 i电铸Ni j溅射种子层Cu 片进行清洗并烘干 由于是多层套刻工艺,因此首先要制作 套刻对焦基准图形。如图2b,c所示,在玻璃 基片上溅射Cr膜,甩正胶,使用基准图形掩 k重复e「g l重复e,fg工序 模板光刻、显影、烘干后,置于重铬酸溶液中 加工第二层码轮和圈 加工最后层轮 腐蚀Cr,清洗后去胶,对焦基准图形制作完 毕。由于后续工艺步骤多,基片需经过多次 腐蚀、磨削,因此需在基准图形表面溅射一层 Al2O3透明膜,以保护图形能多次使用,不被 破坏。 图2加工工艺流程示意图 如图2d所示,先在基片正面溅射Ti膜 后用第一层码轮掩模板,根据基片底面的基 再置于30%的NaOH溶液并加入双氧水,Ti准图形对焦,曝光然后进行“后烘”,冷却后 膜部分被氧化但仍是导体氧化钛膜的折射显影。这里,光刻有双重作用1:一是图形 率高,与SU8胶结合力强,作为第一层种化,二是曝光使SU8胶聚合、交联以满足性 子层 能要求。若显影后图形表面或角落有少量残 如图2e所示,在氧化钛上甩一层余SU8胶难以去除,可以用反应离子刻蚀 200pm的sU8胶,在烘箱中放平进行“前的方法清洗使图形表面清洁,提高下一步电 烘”,SU-8胶在“前烘”时具有自平面化能铸的质量,本试验刻蚀气体采用O2 力2。冷却后测量胶厚,若尺寸超出设计要 如图2f,g所示,电铸完成后,对基片进 求,可使用小型精密铣床加工处理,处理后由行平整化处理,本试验采用研磨方法处理电 于SU-8胶表面有铣刀加工痕迹,放人烘箱铸层表面表面尺寸控制在5pm范围内。 中进行“中烘”处理,以去除表面铣痕。冷却 如图2h,i所示,进行第二层结构(垫圈) 万方数据
76 微细加工技术 2005年 层问的结合问题是一体化实现的关键，根据 电铸材料的性质，选用合适的材料作为种子 层，同时对每层电铸层表面进行清洁、活化处 理，增加材料表面活化能，以增强结合力。 另外，为保证组合后系统的装配精度和 运行精度，要求各层结构相对位置误差小，因 此套刻精度也成为了一体化工艺的关键。多 层结构层层覆盖，对焦基准图形不可能制作 在基片正面，而只能制作在基片背面，使用双 面曝光光刻机，每层光刻时均以背面基准图 形作为基准，以保证多层结构的高位置精度。 2加工工艺 图2是加工工艺示意图。试验选用玻璃 基片，甩胶前，先用丙酮、酒精、去离子水对基 片进行清洗并烘干。 由于是多层套刻工艺，因此首先要制作 套刻对焦基准图形。如图2b，C所示，在玻璃 基片上溅射cr膜，甩正胶，使用基准图形掩 模板光刻、显影、烘干后，置于重铬酸溶液中 腐蚀Cr，清洗后去胶，对焦基准图形制作完 毕。由于后续工艺步骤多，基片需经过多次 腐蚀、磨削，因此需在基准图形表面溅射一层 A120，透明膜，以保护图形能多次使用，不被 破坏。 如图2d所示，先在基片正面溅射Ti膜， 再置于30％的NaOH溶液并加人双氧水，Ti 膜部分被氧化，但仍是导体，氧化钛膜的折射 率高，与Su一8胶结合力强【2 J，作为第一层种 子层。 如图2e所示，在氧化钛上甩一层 200 ttm的Su一8胶，在烘箱中放平进行“前 烘”，SU．8胶在“前烘”时具有自平面化能 力[2]2。冷却后测量胶厚，若尺寸超出设计要 求，可使用小型精密铣床加工处理，处理后由 于SU一8胶表面有铣刀加工痕迹，放人烘箱 中进行“中烘”处理，以去除表面铣痕。冷却 c脒 高 囹卜： lira ’e脓、 k重复e'f，{；丸i．jy．rlI， 加工第二层码轮和垫豳 1重复e，‘g工序． 加工酸后一层码轮 A码轮组B码轮缀 闺蘸；嚣 m去胶 图2力n-r-rE流程示意图 后用第一层码轮掩模板，根据基片底面的基 准图形对焦，曝光，然后进行“后烘”，冷却后 显影。这里，光刻有双重作用∞J：一是图形 化，二是曝光使SU．8胶聚合、交联以满足性 能要求。若显影后图形表面或角落有少量残 余SU一8胶难以去除，可以用反应离子刻蚀 的方法清洗，使图形表面清洁，提高下一步电 铸的质量，本试验刻蚀气体采用02。 如图2f，g所示，电铸完成后，对基片进 行平整化处理，本试验采用研磨方法处理电 铸层表面，表面尺寸控制在5 btm范围内。 如图2h，i所示，进行第二层结构(垫圈) 万方数据
姜勇等:多层复杂结 GA一体化加工工艺的研究 的加工。甩胶、显影后,使用垫圈掩模板,根H2SO4200g/L~300g/L,若丁0.5g/L 据底面基准图形进行曝光显影。因为垫圈3g/L的溶液中腐蚀1min-2min,取出水 图形小于码轮图形,所以垫圈层电铸不需溅洗,观察光刻胶图形内N表面光亮一致,即 射种子层,直接在下层码轮上生长。电铸前 可准备进入下一层的电铸工序。 对垫图图形内的N表面要进行表面活化处3.2种子层与N(垫圈与上层码轮之间通 理,以增强两层电铸层之间的结合力。 过种子层连接)的结合力问题 如图2j,k,1所示,由于第二层码轮面积 种子层的选取必须根据种子层所连接的 大于垫圈面积,因此电铸必须有种子层,经过两层金属材料而定,既要求种子层材料与所 实验摸索,用Cu膜作为电铸N的种子层,连接的金属材料性质相近,又要求种子层材 第二层码轮在Cu膜上电铸产生。此后的垫料导电性强,性质相对活泼,容易去除种子层 圈和码轮加工工艺与前面的相同。 表面钝化层。经过试验摸索,选用Cu膜作 如图2m所示,进行去胶工艺,SU8胶为N电铸种子层,Cu与N化学性质相近, 的去胶工艺一直是准LIGA工艺的一个难且Cu表面钝化层容易处理。溅射前,用稀 题4。本试验采用的方法是,首先置于丙酮盐酸浸泡基片,清洗去除N钝化层和杂质。 溶液中浸泡然后置于高温氧化炉恒温通氧溅射2pmCu膜作为种子层,电铸前使用稀 气加热处理,最后使用浓硫酸处理,直到全部盐酸溶液浸泡基片,去除Cu膜钝化层,即可 码轮组从胶中脱离出来,且码轮组上光刻胶准备进入电铸工序。 清除完毕。将去胶后的码轮组清洗后,放入 此外,经过活化以及去钝化层处理过的 1%HF酸溶液,去除T牺牲层,再经过清洗基片应该立即放入电铸池中电铸,减少与空 后,码轮组加工完毕。 气接触的时间,电铸工序进行中,还应尽量减 少取出基片检查和观测的次数,尽可能把电 3工艺难点 镀层钝化的几率降到最小。 保证各层之间的相对位置精度是多层 多层码轮组一体化加工的首要难点是层体化加工的另一个关键,本实验使用双面曝 间结合力问题解决这个问题必须考虑两方光光刻机( Karl suss ma6/BA6),以底面基 面因素:表面活化技术和种子层技术。 准图形为基准来实现多层套刻的曝光,确保 31Ni与Ni(码轮与上层垫圈)结合力问题了多次套刻的精度。 第一、二层码轮上的垫圈均是由码轮Ni 表面直接电铸生长而成,这两层码轮电铸完4工艺实验结果 成后,又经过磨削、甩胶、光刻、显影等工序 码轮金属表面已经钝化,因此电铸前对码轮 图3a,b是由准LICA工艺加工的一体 金属表面进行表面活化处理至关重要经过化码轮组的整体和局部SEM照片,码轮层 试验摸索,采用下面的方法 表面平整,边缘陡直,层间结合牢固,同心度 首先,把基片放入含有NaOH700gL~高,几何尺寸完全符合设计要求。工艺实验 800gL,NaNO2(或NaNO3)200g/L~20g/L表明选择同基准的多层套刻方法和合适的 的溶液中在120℃~130℃温度下加热种子层材料,对光刻和电铸工艺参数进行优 10min~30min,以活化松动的氧化膜层。选,并在电铸前对表面进行活化处理,可以加 水洗后,再放入含有HCl300g/L~500g/L,工多层一体的复杂结构。 万方数据
第1期 姜勇等：多层复杂结构准LIGA一体化加工工艺的研究 77 的加工。甩胶、显影后，使用垫圈掩模板，根 据底面基准图形进行曝光，显影。因为垫圈 图形小于码轮图形，所以垫圈层电铸不需溅 射种子层，直接在下层码轮上生长。电铸前， 对垫圈图形内的Ni表面要进行表面活化处 理，以增强两层电铸层之间的结合力。 如图2j，k，l所示，由于第二层码轮面积 大于垫圈面积，因此电铸必须有种子层，经过 实验摸索，用Cu膜作为电铸Ni的种子层， 第二层码轮在Cu膜上电铸产生。此后的垫 圈和码轮加工工艺与前面的相同。 如图2m所示，进行去胶工艺，SU．8胶 的去胶工艺一直是准LIGA工艺的一个难 题[4|。本试验采用的方法是，首先置于丙酮 溶液中浸泡，然后置于高温氧化炉恒温通氧 气加热处理，最后使用浓硫酸处理，直到全部 码轮组从胶中脱离出来，且码轮组上光刻胶 清除完毕。将去胶后的码轮组清洗后，放入 1％HF酸溶液，去除Ti牺牲层，再经过清洗 后，码轮组加工完毕。 3工艺难点 多层码轮组一体化加工的首要难点是层 问结合力问题，解决这个问题必须考虑两方 面因素：表面活化技术和种子层技术。 3．1 Ni与Ni(码轮与上层垫圈)结合力问题 第一、二层码轮上的垫圈均是由码轮Ni 表面直接电铸生长而成，这两层码轮电铸完 成后，又经过磨削、甩胶、光刻、显影等工序， 码轮金属表面已经钝化，因此电铸前对码轮 金属表面进行表面活化处理至关重要，经过 试验摸索，采用下面的方法： 首先，把基片放人含有NaOH 700 g／L一 800 g／L，NaN02(或NaN03)200 g／L～250 g／L 的溶液中在120 oC一130℃温度下加热 10 min。30 min，以活化松动的氧化膜层。 水洗后，再放入含有HCI 300 g／L～500 g／L， H2S04200 g／L一300 g／L，若丁0．5 g／L一 3 g／L的溶液中腐蚀l min～2 min，取出水 洗，观察光刻胶图形内Ni表面光亮一致，即 可准备进入下一层的电铸工序。 3．2种子层与Ni(垫圈与上层码轮之间通 过种子层连接)的结合力问题 种子层的选取必须根据种子层所连接的 两层金属材料而定，既要求种子层材料与所 连接的金属材料性质相近，又要求种子层材 料导电性强，性质相对活泼，容易去除种子层 表面钝化层。经过试验摸索，选用Cu膜作 为Ni电铸种子层，Cu与Ni化学性质相近， 且cu表面钝化层容易处理。溅射前，用稀 盐酸浸泡基片，清洗去除Ni钝化层和杂质。 溅射2／．tm Cu膜作为种子层，电铸前使用稀 盐酸溶液浸泡基片，去除Cu膜钝化层，即可 准备进入电铸工序。 此外，经过活化以及去钝化层处理过的 基片应该立即放入电铸池中电铸，减少与空 气接触的时间，电铸工序进行中，还应尽量减 少取出基片检查和观测的次数，尽可能把电 镀层钝化的几率降到最小。 保证各层之间的相对位置精度是多层一 体化加工的另一个关键，本实验使用双面曝 光光刻机(Karl Suss MA6／BA6)，以底面基 准图形为基准来实现多层套刻的曝光，确保 了多次套刻的精度。 4工艺实验结果 图3a，b是由准LIGA工艺加工的一体 化码轮组的整体和局部SEM照片，码轮层 表面平整，边缘陡直，层问结合牢固，同心度 高，几何尺寸完全符合设计要求。工艺实验 表明，选择同基准的多层套刻方法和合适的 种子层材料，对光刻和电铸工艺参数进行优 选，并在电铸前对表面进行活化处理，可以加 工多层一体的复杂结构。 万方数据
微细加工技术 2005年 5结论 获得了一种用常规微细加工方法制作微 结构的方法—准LIGA技术,但它通常只 能加工单层的准三维结构。本文研究和探索 了用准LIGA技术加工三维复杂结构的可行 性,并找到了一套可行的工艺参数,是拓宽准 LIGA加工技术应用范围的一次有益尝试。 3456820Kyx30946 a整体 参考文献 [1]叶雄英,周兆英.准LIGA工艺[J].仪器仪表 学报,1996,17(1):84-87 [2]刘景全,朱军,丁桂甫,等,用SU-8胶制高深 宽比微结构的试验研究[].微细加工技术 2002,(1):27-29 [3]吴茂松,杨春生,茅昕辉,等.MEMS螺线管型 电感器正负胶结合的加工工艺[J.微细加工 技术,2002,(2):53-57 0345992eKγx6:喜 [4 Paul M Dentinger, Clift W Miles, Steven H Goods Removal of SU-8 photoresist for thick film applica- tions[J] 图3码轮组SEM照片 93-1000 Process Research of Complicated Multiple-layer Microstructure Using UV-LIGA JIANG yong, CHEN Wen-yuan, ZHAO Xiao-lin DING Gui-fu, NI Zhi-ping, WANG Zhi-min Key laboratory for Thin Film and Microfabrication Technology of Ministry of Educ f Micro/Nanometer Science and Technology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China) Abstract: UV-LIGA process entionally used for 2. 5 dimensions and single layer structure Using SU-8 based UV-LIGA and overcoming difficulties in overlap of multiple layers, difficulties in seed layer technology as well as difficulties in surface activation, we fabricated a 3-dimension and 5-layer structure. The process given here is proved to be practical and it expands the applica tion of UV-LIGa Key words: UV-LIGA; SU-8 resist; overlap; seed layer; 万方数据
78 微细加工技术 2005年 a整体 h局部 图3码轮组SEM照片 5 结论 获得了一种用常规微细加工方法制作微 结构的方法——准LIGA技术，但它通常只 能加工单层的准三维结构。本文研究和探索 了用准LIGA技术加工三维复杂结构的可行 性，并找到了一套可行的工艺参数，是拓宽准 LIGA加工技术应用范围的～次有益尝试。 参考文献： [1]叶雄英，周兆英．准LIGA工艺[J]．仪器仪表 学报，1996，17(1)：84—87． [2]刘景全，朱军，丁桂甫，等．用SU一8胶制高深 宽比微结构的试验研究[J]．微细加工技术， 2002，(1)：27—29． [3]吴茂松，杨春生。茅昕辉，等．MEMS螺线管型 电感器正负胶结合的加工工艺[J]．微细加工 技术，2002，(2)：53—57． [4]Paul M Dentinger，Clift W Miles，Steven H Goods． Removal of SU-8 photoresist for thick fdm印plica— tions[J]．Microelectronic Engineering，2002，61-62： 993—1000． icated Multiple-layer Microstructure Using UV-LIGA JIANG yong，CHEN Wen—yuan，ZHAO Xiao—lin， DING Gui—fu，NI Zhi-ping，WANG Zhi—min (Key Laboratory for Thin Film and Microfabrication Technology of Ministry of Education，Research Institute of Micro／Nanometer Science and Technology，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200030，China) Abstract：U V．LIGA Drocess is conventionally used for 2．5 dimensions and single layer structure． Using SU．8 based U V．LIGA and overcoming difficulties in overlap of multiple layers，difficulties in seed 1aver technologv as well as difficulties in surface activation， we fabricated a 3一dimension and 5．1ayer structure．The process given here is proved to be practical and it expands the applica— tion of UV—LIGA． Key words：UV．LIGA；SU。8 resist；overlap；seed layer；surface activation 万方数据
多层复杂结构准LIGA一体化加工工艺的研究 旧数据 TA文献链接 姜勇,陈文元,赵小林,丁桂甫,倪志萍,王志民, JIANG yong, CHEN Wen-yuan ZHAO Xiao-lin, DING Gui-fu, NI Zhi-ping, WANG Zhi-min 作者单位: 上海交通大学,微纳米科学技术研究院,薄膜与微细技术教育部重点实验室微米与纳米加工技 术国家级重点实验室,上海,200030 刊名 微细加工技 英文刊名: MICROFABRICATION TECHNOLOGY 2005,(1) 引用次数: 0次 1.叶雄英.周兆英准LIGA工艺1996(1) 2.刘景全.朱军.丁桂甫.赵小林.蔡炳初用SU-8胶制高深宽比微结构的试验研究[期刊论文]-微细加工技术2002(1) 3.吴茂松.杨春生.茅昕辉.赵小林.蔡炳初MES螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺[期刊论文]-微细加工技术 4. Paul M Dentinger. Clift w Miles. Steven H Goods Removal of Su-8 photoresist for thick film lications 2002 1.学位论文姜勇UQS机理及鉴码齿轮集一体化工艺研究2005 本文从S的基本原理出发,利用贝努利概率模型、相关性原理等数学工具,对U码的0阶相关、一阶相关、二阶相关性,在全部定义域内进行了 论,得到了8条US码所必须具备的数学特性。同时,对UQS码维数的抗相关性干扰能力也进行了一定的研究。根据研究得到的UQS码的数学特性,开发了 切实可行的Us码生成算法,并利用计算机编程实现了此算法,得到了UQS码数据库。根据US码数据库设计生成齿轮型鉴码机构的机械构造。针对 准LIGA技术只能加工准三维体的不足,为减小后续装配工作中的位置误差和累积误差,研究了一种一体化加工完成三维结构的加工方法。该方法是用基 于SU-8胶的准LIGA加工技术,结合多层套刻、种子层、表面活化技术来实现。通过试验摸索,使用基片底面加工对焦基准图形的方法实现多层套刻,使 用Cu作为电铸N的种子层,同时还得到一个切实可行的表面活化溶液配方,并成功一体化加工完成了鉴码齿轮集,对进一步拓展准LIGA工艺的应用范围 和推广亚5密码锁的应用具有重要的意义 2.学位论文宫德海 IGA技术的 随着微机电 断增长,以传统的微细加工方法成形微小制件难以满足微系统的应用要求,而用微型模具成形微小制 种微细加工方法的技术特点及其在微型模具制造中的应用状况,重点阐述了以LIGA和准IGA技术为代表的光加工技术的原理及应用,并以此作为本课题试 验部分的理论依据.在试验中,通过 UV-LIGA技术中的SU-8胶光刻和镍的微电铸工艺过程制作出了微型齿轮型腔镶块,镶块采用45#钢为基底,与电铸生长其 上的镍层共同构成微型齿轮型腔.同时分析总结了试验过程中的各个工艺参数对试验结果造成的影响以及改进方案最后对本试验所用微型注塑模具进行 了总体结构设计,清楚的分析了模具设计的整个过程以及与普通模具设计的不同之处,得到了模具的装配图和零件图同时为了更好的进行微型注塑试验 采用 oldflo软件对PP材料的注塑填充过程进行了模拟分析了注射压力、料温和模温等工艺参数在微型注塑填充过程中可能起到的影响作用 3.学位论文宋海英脉冲激光曝光SU-8光刻胶的基础与光刻技术研究2008 准LGA技术由于其成本低、加工过程简便而倍受微加工制造行业的高度关注。本论文利用激光的高方向性和脉冲的可控性,分别采用N:YAG二倍频 (532mm)、三倍频(355m)脉冲激光对SL-8胶进行曝光实验,研究高深宽比、曝光精确可控的 Laser-LIG新技术,主要内容包括:两种不同波长的脉冲激 光曝光SU-8胶后产生的光化学变化、脉冲曝光光刻的工艺过程、以及提高光刻深宽比和曝光剂量精确可控的技术途径 对经过532m激光曝光 后的S-8胶进行了x射线光电子能谱(xPS分析,对比结果显示没有发生分子结构上的变化,F元素的摩尔含量亦未减少,表明532mm光子与光引发剂未产 酸催化反应由此断定曝光未导致分子间的环氧环交联,故532m激光不宜用作SU-8较曝光光刻光源。这一结论在曝光光刻制备微结构的实验中已进一步 得到证实 2、将355m微光翠光的实验样品进行XP分析,结果显示F元素的含量大大降低,C元素及0元素的中心峰位置基本没有发生移动,即元素 催化反应外没有发生其它化学反应。为了进一步证实这一结论我们对同一样品进行了傅立叶变换红外光谱(FT-1R)分析结果显示:在环氧基对应的914 1、862c斷-1峰处,吸收峰强明显降低:在C-H键对应的972cm-1峰处峰强也相应降低。这就表明曝光后环氧基发生了分解,化学键发生变化的位置主 要集中在环氧环上,即:曝光区原单分子中环氧基上的环氧环断开,与邻近分子的环氧环相互交联成长链分子并形成网状结构。因此,证明了355m激光曝 光SU-8胶进行光刻微结构制备在机理上是完全可行的 3、在机理分析的基础上,对355m脉冲激光曝光光刻工艺进行了研究,包括胶的黏度系数和 胶厚与显影时间、曝光剂量与光刻深度等之间的依赖关系。结果表明,曝光深度与单脉冲能量呈非线性变化,而与曝光脉冲数呈线性变化。因此,从实验上 证实了我们提出的采用超短脉冲激光曝光可精确控制曝光剂量的技术思路。最后,通过对激光光束整形、扩束,在柬腰处进行掩模曝光光刻,获得了最大 宽比为15的侧壁陡直、无倒角的微结构图案 本文链接http://d.g.wanfangdata.comcn/periodiCalwxjgjs200501017.aspx 下载时间:2010年2月15日
多层复杂结构准LIGA一体化加工工艺的研究 作者： 姜勇， 陈文元， 赵小林， 丁桂甫， 倪志萍， 王志民， JIANG yong， CHEN Wen-yuan ， ZHAO Xiao-lin， DING Gui-fu， NI Zhi-ping， WANG Zhi-min 作者单位： 上海交通大学,微纳米科学技术研究院,薄膜与微细技术教育部重点实验室微米与纳米加工技 术国家级重点实验室,上海,200030 刊名： 微细加工技术 英文刊名： MICROFABRICATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2005，(1) 引用次数： 0次 参考文献(4条) 1.叶雄英.周兆英 准LIGA工艺 1996(1) 2.刘景全.朱军.丁桂甫.赵小林.蔡炳初 用SU-8胶制高深宽比微结构的试验研究[期刊论文]-微细加工技术 2002(1) 3.吴茂松.杨春生.茅昕辉.赵小林.蔡炳初 MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺[期刊论文]-微细加工技术 2002(2) 4.Paul M Dentinger.Clift W Miles.Steven H Goods Removal of SU-8 photoresist for thick film applications 2002 相似文献(3条) 1.学位论文 姜勇 UQS机理及鉴码齿轮集一体化工艺研究 2005 本文从UQS的基本原理出发，利用贝努利概率模型、相关性原理等数学工具，对UQS码的0阶相关、一阶相关、二阶相关性，在全部定义域内进行了讨 论，得到了8条UQS码所必须具备的数学特性。同时，对UQS码维数的抗相关性干扰能力也进行了一定的研究。根据研究得到的UQS码的数学特性，开发了 一种切实可行的UQS码生成算法，并利用计算机编程实现了此算法，得到了UQS码数据库。 根据UQS码数据库设计生成齿轮型鉴码机构的机械构造。针对 准LIGA技术只能加工准三维体的不足，为减小后续装配工作中的位置误差和累积误差，研究了一种一体化加工完成三维结构的加工方法。该方法是用基 于SU-8胶的准LIGA加工技术，结合多层套刻、种子层、表面活化技术来实现。通过试验摸索，使用基片底面加工对焦基准图形的方法实现多层套刻，使 用Cu作为电铸Ni的种子层，同时还得到一个切实可行的表面活化溶液配方，并成功一体化加工完成了鉴码齿轮集，对进一步拓展准LIGA工艺的应用范围 和推广MEMS密码锁的应用具有重要的意义。 2.学位论文 宫德海 基于准LIGA技术的微型齿轮型腔成形工艺研究及模具设计 2005 随着微机电系统技术的发展对微型制件需求的不断增长,以传统的微细加工方法成形微小制件难以满足微系统的应用要求,而用微型模具成形微小制 件,具有生产效率高,制件质量稳定等优点,成为微成形加工领域的重要工艺发展方向.本课题在介绍微型制件及微型模具成形特点的基础上,全面分析了各 种微细加工方法的技术特点及其在微型模具制造中的应用状况,重点阐述了以LIGA和准LIGA技术为代表的光加工技术的原理及应用,并以此作为本课题试 验部分的理论依据.在试验中,通过UV-LIGA技术中的SU-8胶光刻和镍的微电铸工艺过程制作出了微型齿轮型腔镶块,镶块采用45＃钢为基底,与电铸生长其 上的镍层共同构成微型齿轮型腔.同时分析总结了试验过程中的各个工艺参数对试验结果造成的影响以及改进方案.最后对本试验所用微型注塑模具进行 了总体结构设计,清楚的分析了模具设计的整个过程以及与普通模具设计的不同之处,得到了模具的装配图和零件图.同时为了更好的进行微型注塑试验 ,采用Moldflow软件对PP材料的注塑填充过程进行了模拟,分析了注射压力、料温和模温等工艺参数在微型注塑填充过程中可能起到的影响作用. 3.学位论文 宋海英 脉冲激光曝光SU-8光刻胶的基础与光刻技术研究 2008 准LIGA技术由于其成本低、加工过程简便而倍受微加工制造行业的高度关注。本论文利用激光的高方向性和脉冲的可控性,分别采用Nd:YAG二倍频 (532 nm)、三倍频(355 nm)脉冲激光对SU-8胶进行曝光实验,研究高深宽比、曝光精确可控的Laser-LIGA新技术,主要内容包括：两种不同波长的脉冲激 光曝光SU-8胶后产生的光化学变化、脉冲曝光光刻的工艺过程、以及提高光刻深宽比和曝光剂量精确可控的技术途径。 1、对经过532 nm激光曝光 后的SU-8胶进行了X射线光电子能谱(XPS)分析,对比结果显示没有发生分子结构上的变化,F元素的摩尔含量亦未减少。表明532 nm光子与光引发剂未产生 酸催化反应,由此断定曝光未导致分子间的环氧环交联,故532 nm激光不宜用作SU-8胶曝光光刻光源。这一结论在曝光光刻制备微结构的实验中已进一步 得到证实。 2、将355 nm激光曝光的实验样品进行XPS分析,结果显示F元素的含量大大降低,C元素及O元素的中心峰位置基本没有发生移动,即元素 的主要价态没有发生变化。F元素的含量降低表明355 nm光子与光引发剂可能发生了酸催化反应而生成催化剂HSbF2;而C、O元素的价态没有变化表明除酸 催化反应外没有发生其它化学反应。为了进一步证实这一结论,我们对同一样品进行了傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析,结果显示：在环氧基对应的914 cm-1、862 cm-1峰处,吸收峰强明显降低；在C-H键对应的972 cm-1峰处,峰强也相应降低。这就表明,曝光后环氧基发生了分解,化学键发生变化的位置主 要集中在环氧环上,即：曝光区原单分子中环氧基上的环氧环断开,与邻近分子的环氧环相互交联成长链分子并形成网状结构。因此,证明了355 nm激光曝 光SU-8胶进行光刻微结构制备在机理上是完全可行的。 3、在机理分析的基础上,对355 nm脉冲激光曝光光刻工艺进行了研究,包括胶的黏度系数和 胶厚与显影时间、曝光剂量与光刻深度等之间的依赖关系。结果表明,曝光深度与单脉冲能量呈非线性变化,而与曝光脉冲数呈线性变化。因此,从实验上 证实了我们提出的采用超短脉冲激光曝光可精确控制曝光剂量的技术思路。最后,通过对激光光束整形、扩束,在束腰处进行掩模曝光光刻,获得了最大深 宽比为15的侧壁陡直、无倒角的微结构图案。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wxjgjs200501017.aspx 下载时间：2010年2月15日