[發明專利]微機電系統的永磁體微結構集成的制造方法

無效

• 申請號: 200710047947.8
• 申請日: 2007-11-08
• 公開（公告）號: CN101162645A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發明（設計）人: 丁桂甫;姚錦元
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01F41/00
• 分類號: H01F41/00;H01F41/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微加工技術領域的制造方法，具體是一種微機電系統的永磁體微結構集成的制造方法。

背景技術

基于電磁作用原理的微驅動器是微機電系統(MEMS)常用的驅動部件之一，各種電磁MEMS器件如電磁微馬達、電磁微執行器、電磁驅動的微泵、電磁型微開關、磁敏微傳感器、電磁驅動微系統等受到了廣泛重視和系統研究，這一類微器件和微系統被統稱為磁性MEMS。

在眾多的磁性MEMS器件和系統中，磁性材料發揮著關鍵作用。包括軟磁和永磁材料，為了適應器件和系統微型化的整體要求，必須以微結構的形成適當地融入器件之中，這樣，傳統的磁性材料加工制造技術就難以滿足磁性MEMS設計和制造的要求，特別是永磁體微結構的集成制造技術尤其不同，為此，研究人員開發了一系列永磁體微結構成型加工工藝。經對現有技術的文獻檢索發現，在現有的加工工藝中，常用的精密機械單個加工工藝、掩模電鍍工藝和干法薄膜沉積再圖形化工藝都存在一定的缺點。

經對現有技術的文獻檢索發現，Yu.I.Rozenberga等在Journal?ofMagnetism?and?Magnetic?Materials(磁學與磁性材料雜志)第305卷(2006)第357-360頁發表的論文“Resin-bonded?permanent?magnetic?films?without-of-plane?magnetization?for?MEMS?applications”(垂直磁化的樹脂粘結永磁體薄膜及其在微機電系統中的應用)，提出了將永磁體粉末與粘結樹脂的混合物通過絲網印刷制作成永磁體微結構，在一定程度上解決了批量加工和制造成本的問題，永磁體微結構的磁性能也能夠在一定范圍內適當調節，但是，絲網印刷工藝的加工尺寸和位置控制精度都不高，與微加工集成制造工藝不能夠匹配，僅適合平面尺寸比較大的永磁體微結構成型制造，所以在集成制造的MEMS器件中很少得到應用。

發明內容

本發明為了克服適用于MEMS器件的永磁體微結構低成本高精度集成制造所存在的困難，提出了一種微機電系統的永磁體微結構集成的制造方法，使其既能夠實現與常規集成制造工藝相當的高精度，又能夠較大范圍內適當調節永磁體的磁性能，同時具有相對低成本批量加工能力。

本發明是通過以下技術方案實現的：首先在平整的基體表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具，然后將新鮮配制的粘結劑與磁粉均勻混合的膏狀混合物通過擠壓填充一次性微模具的空隙處，使填充物略高出微模具上表面，再在永磁體磁場中固化，接著對固化后的復合結構采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以上的部分，使永磁體層達到設定的厚度，最后選擇性去除一次性平面微模具，形成結構尺寸和位置都可以精確控制的永磁體微結構(陣列)。

本發明所采用的相應步驟的進一步技術措施如下：

第一步：在平整的基體表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具。

本發明的加工方法要求基片的表面平整度能夠滿足微米級光刻精度的要求，此外基片要具有一定的機械強度以維持加工過程中整體結構的穩定性。其中，表面平整度要求與待加工的微結構厚度和線寬有關，待加工的永磁體微結構越厚，對基片表面平整度的要求越低，一般情況下永磁體的厚度會顯著大于10um，所以，基片的平均粗糙度小于1um即可，具有一定粗糙度的表面有利于提高永磁體與基片的結合力；

機械強度的要求主要體現在基片的材料種類選擇和厚度選擇方面，一般常見的襯底材料如玻璃、單晶硅、陶瓷、金屬、復合材料甚至聚合物等都可以作為基片材料，只要能夠在工藝過程中能夠保持化學穩定性即可，這種對襯底不敏感的特性為該工藝的廣泛適用性奠定了基礎。基片的厚度足以在永磁體填充、擠壓和研磨過程中保證不會發生嚴重變形即可，一般剛度較大的材料1mm以上即可，聚合物或者較軟的金屬則要較厚，比如2mm以上。

用于永磁體微結構成型的一次性平面微模具的微結構與將要制備的永磁體微結構成互補關系，也就是平面微模具的空隙處就是將要形成永磁體微結構的位置，其定位精度和尺寸控制精度直接決定了永磁體微結構原位成型的能力，所以必須選擇基于微加工技術的高精度制備方法。

根據工藝兼容性的需要，一次性的平面微模具既可以直接由光刻膠構成，也可以是通過光刻膠轉換而得到的金屬或者其它材料微結構，選擇的依據在于該模具在使用過程中能否能夠經受住磁粉-膠粘劑混合物涂覆、擠壓、研磨等后續加工，并且在需要的時候能夠選擇性刻蝕去除而不會損壞永磁體以及關聯結構。