[發(fā)明專利]一種電熱驅(qū)動微結(jié)構(gòu)的制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010149262.6
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101814866A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜立群;賈勝芳;李永輝;劉沖;劉軍山;徐征
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H02N10/00
• 分類號: H02N10/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及在非金屬基底上制造金屬器件類。

背景技術(shù)

目前，微電熱驅(qū)動器已廣泛應(yīng)用于開關(guān)、掃描儀和顯影儀等電子產(chǎn)品中， 它克服了靜電和電磁驅(qū)動器對距離依賴的弱點，具有驅(qū)動電壓低、結(jié)構(gòu)簡單、 驅(qū)動力和輸出變形大以及易于同集成電路制造工藝相兼容等優(yōu)點，已成為微驅(qū) 動器研究的熱點之一。現(xiàn)有微電熱驅(qū)動器的制作主要是在玻璃或硅基底上通過 光刻、電鍍等方法實現(xiàn)的，如雜志《微細加工技術(shù)》2007年第4期第47-49頁 和雜志《傳感技術(shù)學(xué)報》2009年第12期第1696-1699頁。文獻1以玻璃為基底， Cu做為犧牲層，光刻膠作為掩膜，通過濺射氧化鋁，電鍍鎳結(jié)構(gòu)，最后通過用 濃磷酸腐蝕犧牲層Cu的方法獲得鎳和氧化鋁的懸臂結(jié)構(gòu)，由于是各向同性腐蝕， 所以難以保證基座的尺寸和側(cè)壁的垂直度，且懸臂的高度也僅有6μm，結(jié)構(gòu)強 度較低，位移較小。文獻2通過濺射、光刻、電鍍、刻蝕相結(jié)合的方法，在玻 璃基底上制作出U型微電熱驅(qū)動懸臂結(jié)構(gòu)，此方法雖然對基座的尺寸和側(cè)壁垂 直度有所改善，懸臂的高度也提高到了30μm，但仍然無法滿足大位移的要求。

目前在微驅(qū)動器領(lǐng)域，有大位移運動要求的場合急需大厚度的電熱微驅(qū)動 器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服上述現(xiàn)有方法的不足，針對在非金屬基板 上制作大厚度電熱驅(qū)動微結(jié)構(gòu)難的問題，發(fā)明一種在非金屬基底上制作大厚度 電熱驅(qū)動微結(jié)構(gòu)的方法。制作的微結(jié)構(gòu)懸臂高度可達幾百微米，同時具有結(jié)構(gòu) 強度高、層與層之間結(jié)合牢固、微電鑄層內(nèi)應(yīng)力小、微結(jié)構(gòu)側(cè)壁垂直度好、尺 寸精度高等優(yōu)點，可作為有大位移運動要求的微傳感器/微驅(qū)動器的核心器件。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種電熱驅(qū)動微結(jié)構(gòu)的制作方法，包括絕緣基底上導(dǎo) 線層制作、金屬基底前處理、懸臂支撐基座的制作、銅晶種子層的制備、懸臂 層的制作、微電鑄后處理、釋放懸臂結(jié)構(gòu)、懸臂結(jié)構(gòu)與導(dǎo)線層的連接。其特征 是，通過剝離工藝獲得絕緣基底上的導(dǎo)線層；選用與電鑄微結(jié)構(gòu)結(jié)合力較小的 金屬材料做為基底；采用犧牲層技術(shù)，在不銹鋼基底上，通過兩次SU-8光刻膠 紫外光刻、銅晶種子層的制備和兩次鎳的微電鑄來實現(xiàn)三維電熱驅(qū)動懸臂微結(jié) 構(gòu)的制作；懸臂結(jié)構(gòu)與導(dǎo)線層的連接采用導(dǎo)電膠粘連的方法；其制作方法的具 體步驟如下：

1)導(dǎo)線層5、5’的制作：電熱驅(qū)動結(jié)構(gòu)導(dǎo)線層5、5’是在絕緣基底上制 作的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，通過剝離工藝獲得，在硅基底4上氧化一層二氧化硅3，通過光 刻正膠2獲得導(dǎo)線圖形c；在導(dǎo)線圖形c中和正膠2的上表面濺射厚度為450nm 的鋁；用丙酮去除正膠2，在二氧化硅3上獲得導(dǎo)線層5、5’；采用溫度500～ 550℃處理，增強導(dǎo)線層5、5’與二氧化硅3的結(jié)合強度，時間10～15分鐘；

2)金屬基底前處理：基底前處理分為機械加工前處理和表面清洗兩個部分； 為了便于將結(jié)構(gòu)從基底上取下，基底材料選擇與電鑄金屬鎳結(jié)合力較小的不銹 鋼；不銹鋼基底8機械加工后的表面粗糙度Ra小于0.04μm；表面清洗采用丙 酮擦凈后，分別在丙酮和乙醇中超聲清洗約20分鐘；

3)第一、第二懸臂支承基座9、9’型模制作：旋涂SU-8光刻膠7，得到 SU-8光刻膠7厚度約為50μm；光刻后獲得自由空間a6；

4)微電鑄：微電鑄工藝就是將金屬鎳沉積到微電鑄型模的自由空間a6中， 形成第一、第二懸臂支撐基座9、9’，微電鑄電鑄液配方為氨基磺酸鎳：365～ 375g/L、氯化鎳：6～10g/L、硼酸：55～60g/L；微電鑄工藝條件為：PH值：3.9～ 4.1、溫度：48℃～52℃、電流密度1～1.5A/dm²；

5)銅晶種子層10的制備：銅晶種子層10的制備采用濺射工藝，在SU-8 光刻膠7表面濺射銅，得到的銅晶種子層厚度為200～250nm；

6)懸臂層12的制作：在銅晶種子層10上采用SU-8光刻膠7的光刻工藝 獲得到自由空間11，自由空間11高度約為300μm，通過微電鑄對自由空間11 填充金屬鎳形成懸臂層12；此時在不銹鋼基底8上得到的第一、第二懸臂支撐 基座9，9’，懸臂層12構(gòu)成懸臂結(jié)構(gòu)；