微接电开关及铜微光栅的制作工艺研究

作     者：罗磊 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜立群

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 070207[理学-光学] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 08[工学] 0702[理学-物理学] 

主      题：微接电开关 SU-8胶 内应力 微光栅 高深宽比 

摘      要：随着微机电技术的迅猛发展,具有体积小、能耗少、可靠性高等优点的金属微器件在军工、医疗、精密仪器等领域取得了广泛应用。同时,采用光刻和微电铸工艺来制作金属微器件的方法得到了广泛关注。本文首先根据设计要求确定了微接电开关的结构形式和尺寸,同时研究了基于光刻和微电铸制作微开关时的工艺难点,随后开展了具有高深宽比结构的镍制微接电开关的制作工艺研究,通过借鉴微开关的制作工艺继而开展了铜微光栅的制作工艺研究。根据现有微接电开关和微光栅的制作方法,确定在金属基底上采用光刻和微电铸工艺的方法来制作开关和光栅微结构。通过结构选型确定了微接电开关的整体结构,结合制作工艺和开关的结构特点对制作难点进行了深入研究,通过优化微开关的结构和改善电铸工艺等方法降低了铸层分层程度,引入超声波辅助显影的方式解决了高深宽比胶膜显影困难的问题,通过曝光对比实验得到了高深宽比胶膜合适的曝光参数。基于研究得到的结论和方法,开展了微接电开关的制作工艺研究。选用不锈钢板作为微开关的制作基底,通过在基底上进行叠层光刻、微电铸、溅射铜以及湿法腐蚀去胶等工艺制作了具有高深宽比结构的镍制微接电开关,对制作工艺所带来的误差进行理论分析并引入线宽误差补偿的方法来降低制作误差。开关的整体结构为4000×3900×360μm,最小结构尺寸为20μm,最大深宽比为14:1。使用无引线陶瓷片式封装载体对微开关进行了封装,使用高倍工具显微镜对微开关关键结构的宽度尺寸进行了测量,最后用旋转试验台和落锤测试平台对微开关的动态性能进行测试,结果表明所制作的微开关满足设计要求。结合制作工艺和微光栅的结构特点,开展了高深宽比铜微光栅的制作工艺研究。选用铜板作为制作基底,通过在基底上进行两次匀胶、前烘和一次曝光、超声显影、微电铸铜以及高温真空退火去胶等工艺制作出了微光栅结构,微光栅的周期宽度为130μm,凸台尺寸为2400×220×65μm。采用高倍工具显微镜和Zygo表面轮廓仪对光栅结构的尺寸和工作表面粗糙度进行了测量,结果显示其尺寸相对误差2%,粗糙度0.4μm。