优选了关键制备环节的工艺参数,在此基础上制作出微型柔性镍接触探针.试验结果表明:采用工艺条件优选的U-LIGA技术,如前烘60℃,120ain,90 ℃.120ain;较大曝光剂量:后炽65℃,10ain,95℃,45min:匀胶后静置、随炉冷却和超声辅助显影等辅助措施,所制备出的柔性接触探针(主体总长 n,宽80口画,高100;弹簧处高宽比为5(100m:20um))尺寸精度高;三角锥状针尖曲率半径小于5um:缺陷少形貌质量高 5.学位论文秦江SU-8胶紫外光刻理论与实验研究2006 随着微机电系统的迅速发展,基于SL-8胶的U-LIGA技术得到更加广泛的应用。本课题研究了SU-8胶紫外光刻理论和工艺实验,并对S-8胶微结构的 尺寸及其公差进行了定量研究。通过对硅模具工艺、背板生长工艺和无背板生长工艺三种工艺路线进行比较分析,我们认为无背板生长工艺较其 他两种工艺路线更适合于微流控芯片热压模具制作的需要,无背板生长法是利用SU-8光刻胶,通过低成本的U-LIGA技术,直接在金属基板上电铸镍图形 来实现的。在整个无背板生长工艺中,SU-8胶紫外光刻工艺作为微电铸的前序工艺,其工艺参数的优化和光刻精度直接影响微电铸模具的质量和精度 本文首先分析了各工艺参数的影响因素,然后通过实验和仿真分析确定各工艺参数的最优化结果,最终建立了SU-8胶紫外光刻的标准工艺流程,在该标 准工艺流程的基础上,通过后序工艺微电铸已成功制作出高质量的微 具和微注塑模具 本文根据菲涅耳衍射理论建立了紫外琴光模型和尺 寸公差模型。用A∏LA软件对SU-8微结构的尺寸及其公差进行数值模拟,针对数值模拟结果进行了SU-8胶紫外光刻的实验研究。数值模拟结果与实验结 果进行比较,变化趋势基本一致。因此,可以用本文的模型来预测SU-8微结构的尺寸及其公差。在紫外曝光模型的基础上,本文根据溶胀原理建立了显 影模型,分析了S-8胶在显影过程中的溶胀趋势。最后总结了紫外曝光模型和显影模型对实验的指导作用 紫外曝光模型对实验的指导作用 (1)模拟结果表明微通道的顶部线宽小于掩模的特征线宽。在设计掩模时,掩模的特征线宽要略大于所需要微通道的线宽 (2)根据SL-8胶的厚 度确定曝光剂量的大小 (3)间隙量对线宽变化影响较大,因此在工艺过程中尽可能让SU-8胶的表面平整,减小间隙量 截面的形状,根据数值模拟结果,优化工艺参数,使微通道的侧壁更加陡直。显影模型对实验的指导作用 定量地分析SU-8胶微结构在显 影过程中因为溶胀而发生的尺寸变化,预测U-8胶在显影过程中的溶胀趋势 6.期刊论文张晔陈迪张金娅.朱军.刘景全. Zhang Ye. Chen di. Zhang jinya. Zhu jun. Liu jingquan UV-LIGA中 品合是 7.学位论文王煜SU-8光刻胶超声时效的实验研究2008 随着MS(微电子机械系统) 迅速发展 L-8胶的U-LIG技术得到了广泛的应用,SU-8光刻胶己成为制作高深宽比结构的首选光刻胶,然 而SU-8胶在工艺过程中会产生较大的内应力,这个问题是制约用SU-8胶制作更高深宽比及尺寸精度微结构的重要问题之一,超声时效技术是材料去应力 方面的一项重要技术,这种技术可以有效降低金属残余应力,可以在聚合物加工中影响大分子链运动,降低聚合物黏度。本文旨在利用超声时效技术去 除SU-8胶内应力,研究有效的超声时效去除S-8胶内应力的方法 文结合振动时效去除金属残余应力的机理,以及超声振动提高聚合物分子 运动能力的机理,根据聚合物结构原理及力学特性,讨论了超声时效去除聚合物SU-8胶内应力的机理 选定了超声振动装置各组件的类型,设计 了可安装不同类型夹具的工作台,利用ASYS软件进行了仿真分析,得出了SU-8胶与硅片所组成体系的各阶固有频率,从而选定了超声时效装置的输出频 率,搭建出超声时效装置 以基片曲率法为基础,采用了轮廓法测量内应力的计算模型测量了SU-8胶的内应力。提出取点法用于消除因胶厚不均 引起的测量误差,并用 Matlab软件拟合得出较准确的基片轮廓。实验证明,取点法是一种有效的减小轮廓法测量误差的方法 采用两种不同的夹 具夹持样片进行超声时效实验。实验结果表明:采用压环型夹具进行超声时效可以有效降低SU-8胶的内应力,而采用托台型夹具时,超声时效实验后SU- 8胶应力明显增大。讨论了托台型夹具夹持方式下SU-8较应力增大的原因,优化了在压环夹具夹持方式下SU-8胶超声时效的时间 8.期刊论文张晔.陈迪.潘欣欣.方华斌.朱军.刘景全. ZHANG Ye. CHEN DI. PAN Xin-xin. FANG Hua-bin. ZHU Jun LIU Jing- quan U-LIGA双层微齿轮加工工艺研究-微细加工技术2005(4) 利用SL-8光刻胶四-LGA技术制备了双层微齿轮,齿轮单层的厚度可达450μ画制备中分别采用了三种工艺路线:两次电铸、溅射种子层一次电铸和直 接一次电铸,均成功地制备出了双层微齿轮,并讨论了三种工艺路线各自的适用范围,即两次电铸工艺路线适用于对机械强度要求不高的各类多层微结构器 件,一次电铸工艺路线适用于对机械强度要求较高的结构,其中溅射种子层工艺适用于深宽比较小的多层微结构模具,而直接电铸工艺适用于深宽比较大且 层间直径相差较小的多层微结构器件 9.学位论文明平美UⅣ-LIGA—微细电火花加工组合制造技术基础研究2006 ronechanieal System)技术作为新兴技术,受到学术界、产业界和政府部门的极大重视,己经在信息、精密机械、汽车、航空航 天、生物医药和国防等领域得到较广泛应用。微细加工是和 micro/Meso尺度结构器件的实现基础和技术关键。以具有优越热力学、光学和化学性能 的SU-8系列光刻胶为光敏材料、紫外光为曝光光源的u-LIGA技术,是借用LIGA(德语: LIthograph, Galvenoforaung,品 forming三词缩写,由射线光 刻、电铸成型和塑铸成型等三个主要工艺步骤组成)工艺思路,且制造成本低康、工艺可控性好、易于实现批量生产、胶模制作质量高的新型高深宽比三 维 Micro/Meso结构技术,是近年微细加工领域的研究热点。微细电火花加工作为一种低成本、高材料选择度的柔性非接触式加工技术,在微制造中具有 独特的工艺优势,尤其在加工icro/Meso尺度金属结构器件方面表现突出,整合u-LIGA和 Miero各自工艺优点而形成WIGA- MicroE刚组合加工技 术以制造形状复杂、材料性能优越或特殊的 Micro/Meso尺度结构器件,是微细加工的创新性思路 本文在国家自然科学基金(50375073)和两项江 苏省自然科学基金(BE2002206、BK2004214)的资助下,围绕V-IGA及其与微细电火花加工技术组合以制造 Micro/Meso尺度金属结构器件的一些技术基础 和工艺关键进行了探讨与研究。全文共七章 第一章概述了WV-LIGA及其与微细电火花组合加工的研究现状、技术关键以及本文的研究内容 第二章描述了SU-8胶光刻各操作环节的工艺基础和技术难点,以金属基片上制备厚度100~200胶模为对象,试验研究并优化了前烘、曝光、后烘等工艺 环节的操作条件及工艺参数。相比硅基片SU-8胶光刻工艺,降低前后烘程度和适度提高曝光剂量,并辅助超声振动去除胶中气体、静置、随炉冷却等措 施,能大大改善胶模质量,试验研究并分析了超声功率对不同特征类型(阳型和阴型胶模结构显影质量的影响并优选了各自适宜的功率大小,阳型结构 实施的超声功率要比阴型结构要低一定值。分析了不同金属片(不锈钢和铜不同特征类型(阳型和阴型胶模去胶的工艺特点,并开展了相应试验研究 用NP去胶液作为去胶试剂,辚助加热、溶液超声振动搅拌、热胀冷缩等措施,获得较为理想的去胶效果。在此基础上,制备出了轮廓清晰,表面质量 好,无明显缺陷,与基底粘结性强的平面微线圈、微型流道、微型柔性探针和筛网等胶模 第三章在分析电沉积时电极过程液相传质方式及其作 用规律的基础上,探讨了微细电铸时物质输运受限的影响因素,建立了微深槽类特征电沉积时液相传质的两种数值分析模型(一维模型和二维模型),分 别描述多种物质组分的扩散、电离、电迁移和电沉积的动力学过程和单一物质组分在强制对流、自然对流和扩散等综合作用下的物质传输情况;并分别 用 Matlab软件 PDEtooI工具箱和 Fluent流体仿真软件数值解算了分析模型,数值表征了u-LIGA特征(槽内溶液视为静止电沉积时离子浓度、H值等空 间变化规律,以及不同传质模式单独或复合作用时,槽内(包括沉积面处)电解液的流场分布规律,并分析了它们对微细电铸过程传质效果的影响。数值 析结果表明:单纯的外部强制对流或扩散传质作用无法满足高深宽比微细结构电沉积物质输运量的要求:发挥并加强电沉积时浮力驱动自然对流的传 质作用能大大增强微细电铸的传质效果,外部强制对流和自然对流的协同传质作用是微细电转高效实施的重要保证:增大沉积面与体液间的温度差一定 程度上提高了物质综合输运效果 第四章概述了微细电铸工艺基础及研究进展,从工艺实践的角度分析了工艺优化的途径与措施,对比试验研究 了阴极水平故置和竖直故置对电铸层形貌质量的影响,研究结果证明浮力驱动自然对流是高深宽比微小结构电铸高效传质的关键性力量,试验验证了第 三章数值分析结果的正确性。利用自行研制的微细电铸装置,单独或综合采用交替性给封闭电铸檣抽进气(抽气降低电铸槽压力,进气高速冲液搅拌 、热梯度等工艺措施,对微细电铸进行了试验研究。试验结果表明:采用阴极板水平放置、交替性给电铸槽抽进气、热梯度(25℃/60℃)等电沉积复合 工艺措施,能明显提高电铸微小结构件的形貌质量,碱少铸件针孔、结瘤等缺陷。研究分析了溶液超声搅拌对电铸层形貌的影响,试验结果显示,适度 功率大小的溶液超声搅拌能明显减少电铸件针孔,提高铸层平整性 第五章分析了微细电火花加工的电极损耗机理,选择了三种有增强电铸钢电 极抗电蚀性能潜势的试验方案,通过在硫酸铜基液中添加明胶、添加强耐电蚀性的石墨微粉和焦磷酸盐基液中添加纳米稀土氧化物—氧化锎组成新电 解液,研究分析了基于这些电解液所电铸的宏观电极试样的耐电蚀能力、形貌特征和显微硬度等,并以耐电蚀能力为主要评价指标依次优选了上述三类 试验的工艺参数和操作条件。然后以各自优选出的工艺参数和操作条件电铸出微电极试样,并进行了电蚀性试验,以进一步分析它们的微细电铸能力和 “微观”抗电蚀行为,试验结果表明,利用焦磷酸盐基液添加适量(1.52g/1)纳米氧化所组成的新电解液电铸出的微电极试样在微细电火花加工中表优选了关键制备环节的工艺参数,在此基础上,制作出微型柔性镍接触探针.试验结果表明:采用工艺条件优选的UV-LIGA技术,如前烘60 ℃,120 min,90 ℃,120 min;较大曝光剂量;后烘65 ℃,10 min,95 ℃,45 min;匀胶后静置、随炉冷却和超声辅助显影等辅助措施,所制备出的柔性接触探针(主体总长4 mm,宽80 μm,高100 μm;弹簧处高宽比为5(100 μm:20 μm))尺寸精度高;三角锥状针尖曲率半径小于5 μm;缺陷少,形貌质量高. 5.学位论文 秦江 SU-8胶紫外光刻理论与实验研究 2006 随着微机电系统的迅速发展，基于SU-8胶的UV-LIGA技术得到更加广泛的应用。本课题研究了SU-8胶紫外光刻理论和工艺实验，并对SU-8胶微结构的 尺寸及其公差进行了定量研究。 通过对硅模具工艺、背板生长工艺和无背板生长工艺三种工艺路线进行比较分析，我们认为无背板生长工艺较其 他两种工艺路线更适合于微流控芯片热压模具制作的需要。无背板生长法是利用SU-8光刻胶，通过低成本的UV-LIGA技术，直接在金属基板上电铸镍图形 来实现的。在整个无背板生长工艺中，SU-8胶紫外光刻工艺作为微电铸的前序工艺，其工艺参数的优化和光刻精度直接影响微电铸模具的质量和精度。 本文首先分析了各工艺参数的影响因素，然后通过实验和仿真分析确定各工艺参数的最优化结果，最终建立了SU-8胶紫外光刻的标准工艺流程。在该标 准工艺流程的基础上，通过后序工艺微电铸已成功制作出高质量的微热压模具和微注塑模具。 本文根据菲涅耳衍射理论建立了紫外曝光模型和尺 寸公差模型。用MATLAB软件对SU-8微结构的尺寸及其公差进行数值模拟，针对数值模拟结果进行了SU-8胶紫外光刻的实验研究。数值模拟结果与实验结 果进行比较，变化趋势基本一致。因此，可以用本文的模型来预测SU-8微结构的尺寸及其公差。在紫外曝光模型的基础上，本文根据溶胀原理建立了显 影模型，分析了SU-8胶在显影过程中的溶胀趋势。最后总结了紫外曝光模型和显影模型对实验的指导作用。 紫外曝光模型对实验的指导作用： (1)模拟结果表明微通道的顶部线宽小于掩模的特征线宽。在设计掩模时，掩模的特征线宽要略大于所需要微通道的线宽。 (2)根据SU-8胶的厚 度确定曝光剂量的大小。 (3)间隙量对线宽变化影响较大，因此在工艺过程中尽可能让SU-8胶的表面平整，减小间隙量。 (4)预测微通道横 截面的形状，根据数值模拟结果，优化工艺参数，使微通道的侧壁更加陡直。 显影模型对实验的指导作用： 定量地分析SU-8胶微结构在显 影过程中因为溶胀而发生的尺寸变化，预测SU-8胶在显影过程中的溶胀趋势。 6.期刊论文 张晔.陈迪.张金娅.朱军.刘景全.Zhang Ye.Chen Di.Zhang Jinya.Zhu Jun.Liu Jingquan UV-LIGA中 光源波长和曝光量对SU-8光刻胶微结构的影响 -中国机械工程2005,16(z1) 基于UV-LIGA技术采用SU-8光刻胶制备了高深宽比微结构,最高深宽比达20:1.研究了改变光源的波长和曝光量对SU-8光刻胶成形的影响,揭示了在一 定范围内线宽随曝光量非线性变化的规律.从聚合度和聚合所得高分子结构两方面对该变化规律给出了合理的解释,并基于该变化规律提出了一种新的消 除微结构倒角的方法. 7.学位论文 王煜 SU-8光刻胶超声时效的实验研究 2008 随着MEMS(微电子机械系统)技术的迅速发展，基于SU-8胶的UV-LIGA技术得到了广泛的应用。SU-8光刻胶已成为制作高深宽比结构的首选光刻胶。然 而SU-8胶在工艺过程中会产生较大的内应力，这个问题是制约用SU-8胶制作更高深宽比及尺寸精度微结构的重要问题之一。超声时效技术是材料去应力 方面的一项重要技术，这种技术可以有效降低金属残余应力，可以在聚合物加工中影响大分子链运动，降低聚合物黏度。本文旨在利用超声时效技术去 除SU-8胶内应力，研究有效的超声时效去除SU-8胶内应力的方法。 本文结合振动时效去除金属残余应力的机理，以及超声振动提高聚合物分子链 运动能力的机理，根据聚合物结构原理及力学特性，讨论了超声时效去除聚合物SU-8胶内应力的机理。 选定了超声振动装置各组件的类型，设计 了可安装不同类型夹具的工作台。利用ANSYS软件进行了仿真分析，得出了SU-8胶与硅片所组成体系的各阶固有频率，从而选定了超声时效装置的输出频 率，搭建出超声时效装置。 以基片曲率法为基础，采用了轮廓法测量内应力的计算模型测量了SU-8胶的内应力。提出取点法用于消除因胶厚不均 引起的测量误差，并用Matlab软件拟合得出较准确的基片轮廓。实验证明，取点法是一种有效的减小轮廓法测量误差的方法。 采用两种不同的夹 具夹持样片进行超声时效实验。实验结果表明：采用压环型夹具进行超声时效可以有效降低SU-8胶的内应力，而采用托台型夹具时，超声时效实验后SU- 8胶应力明显增大。讨论了托台型夹具夹持方式下SU-8胶应力增大的原因，优化了在压环夹具夹持方式下SU-8胶超声时效的时间。 8.期刊论文 张晔.陈迪.潘欣欣.方华斌.朱军.刘景全.ZHANG Ye.CHEN Di.PAN Xin-xin.FANG Hua-bin.ZHU Jun. LIU Jing-quan UV-LIGA双层微齿轮加工工艺研究 -微细加工技术2005(4) 利用SU-8光刻胶UV-LIGA技术制备了双层微齿轮,齿轮单层的厚度可达450 μm.制备中分别采用了三种工艺路线:两次电铸、溅射种子层一次电铸和直 接一次电铸,均成功地制备出了双层微齿轮,并讨论了三种工艺路线各自的适用范围,即两次电铸工艺路线适用于对机械强度要求不高的各类多层微结构器 件,一次电铸工艺路线适用于对机械强度要求较高的结构,其中溅射种子层工艺适用于深宽比较小的多层微结构模具,而直接电铸工艺适用于深宽比较大且 层间直径相差较小的多层微结构器件. 9.学位论文 明平美 UV-LIGA—微细电火花加工组合制造技术基础研究 2006 MEMS (Micro Electromechanical System)技术作为新兴技术，受到学术界、产业界和政府部门的极大重视，已经在信息、精密机械、汽车、航空航 天、生物医药和国防等领域得到较广泛应用。微细加工是MEMS和Micro/Meso尺度结构器件的实现基础和技术关键。以具有优越热力学、光学和化学性能 的SU-8系列光刻胶为光敏材料、紫外光为曝光光源的UV-LIGA技术，是借用LIGA(德语：LIthograpie，Galvanoformung，Abformung三词缩写，由X射线光 刻、电铸成型和塑铸成型等三个主要工艺步骤组成)工艺思路，且制造成本低廉、工艺可控性好、易于实现批量生产、胶模制作质量高的新型高深宽比三 维Micro/Meso结构技术，是近年微细加工领域的研究热点。微细电火花加工作为一种低成本、高材料选择度的柔性非接触式加工技术，在微制造中具有 独特的工艺优势，尤其在加工Micro/Meso尺度金属结构器件方面表现突出。整合UV-LIGA和MicroEDM各自工艺优点而形成UV-LIGA－MicroEDM组合加工技 术以制造形状复杂、材料性能优越或特殊的Micro/Meso尺度结构器件，是微细加工的创新性思路。 本文在国家自然科学基金(50375073)和两项江 苏省自然科学基金(BK2002206、BK2004214)的资助下，围绕UV-LIGA及其与微细电火花加工技术组合以制造Micro/Meso尺度金属结构器件的一些技术基础 和工艺关键进行了探讨与研究。全文共七章： 第一章概述了UV-LIGA及其与微细电火花组合加工的研究现状、技术关键以及本文的研究内容。 第二章描述了SU-8胶光刻各操作环节的工艺基础和技术难点，以金属基片上制备厚度100~200 胶模为对象，试验研究并优化了前烘、曝光、后烘等工艺 环节的操作条件及工艺参数。相比硅基片SU-8胶光刻工艺，降低前后烘程度和适度提高曝光剂量，并辅助超声振动去除胶中气体、静置、随炉冷却等措 施，能大大改善胶模质量。试验研究并分析了超声功率对不同特征类型(阳型和阴型)胶模结构显影质量的影响并优选了各自适宜的功率大小，阳型结构 实施的超声功率要比阴型结构要低一定值。分析了不同金属片(不锈钢和铜)不同特征类型(阳型和阴型)胶模去胶的工艺特点，并开展了相应试验研究 ，用NMP去胶液作为去胶试剂，辅助加热、溶液超声振动搅拌、热胀冷缩等措施，获得较为理想的去胶效果。在此基础上，制备出了轮廓清晰，表面质量 好，无明显缺陷，与基底粘结性强的平面微线圈、微型流道、微型柔性探针和筛网等胶模。 第三章在分析电沉积时电极过程液相传质方式及其作 用规律的基础上，探讨了微细电铸时物质输运受限的影响因素，建立了微深槽类特征电沉积时液相传质的两种数值分析模型(一维模型和二维模型)，分 别描述多种物质组分的扩散、电离、电迁移和电沉积的动力学过程和单一物质组分在强制对流、自然对流和扩散等综合作用下的物质传输情况；并分别 用Matlab软件PDEtool工具箱和Fluent流体仿真软件数值解算了分析模型，数值表征了UV-LIGA槽特征(槽内溶液视为静止)电沉积时离子浓度、PH值等空 间变化规律，以及不同传质模式单独或复合作用时，槽内(包括沉积面处)电解液的流场分布规律，并分析了它们对微细电铸过程传质效果的影响。数值 分析结果表明：单纯的外部强制对流或扩散传质作用无法满足高深宽比微细结构电沉积物质输运量的要求；发挥并加强电沉积时浮力驱动自然对流的传 质作用能大大增强微细电铸的传质效果，外部强制对流和自然对流的协同传质作用是微细电铸高效实施的重要保证；增大沉积面与体液间的温度差一定 程度上提高了物质综合输运效果。 第四章概述了微细电铸工艺基础及研究进展，从工艺实践的角度分析了工艺优化的途径与措施，对比试验研究 了阴极水平放置和竖直放置对电铸层形貌质量的影响，研究结果证明浮力驱动自然对流是高深宽比微小结构电铸高效传质的关键性力量，试验验证了第 三章数值分析结果的正确性。利用自行研制的微细电铸装置，单独或综合采用交替性给封闭电铸槽抽进气（抽气降低电铸槽压力，进气高速冲液搅拌 ）、热梯度等工艺措施，对微细电铸进行了试验研究。试验结果表明：采用阴极板水平放置、交替性给电铸槽抽进气、热梯度(25℃/60℃)等电沉积复合 工艺措施，能明显提高电铸微小结构件的形貌质量，减少铸件针孔、结瘤等缺陷。研究分析了溶液超声搅拌对电铸层形貌的影响，试验结果显示，适度 功率大小的溶液超声搅拌能明显减少电铸件针孔，提高铸层平整性。 第五章分析了微细电火花加工的电极损耗机理，选择了三种有增强电铸铜电 极抗电蚀性能潜势的试验方案，通过在硫酸铜基液中添加明胶、添加强耐电蚀性的石墨微粉和焦磷酸盐基液中添加纳米稀土氧化物——氧化镧组成新电 解液，研究分析了基于这些电解液所电铸的宏观电极试样的耐电蚀能力、形貌特征和显微硬度等，并以耐电蚀能力为主要评价指标依次优选了上述三类 试验的工艺参数和操作条件。然后以各自优选出的工艺参数和操作条件电铸出微电极试样，并进行了电蚀性试验，以进一步分析它们的微细电铸能力和 “微观”抗电蚀行为。试验结果表明，利用焦磷酸盐基液添加适量(1.5~2g/l)纳米氧化镧所组成的新电解液电铸出的微电极试样在微细电火花加工中表