[發明專利]基于氧化鋁薄膜與聚合物聯合作用的電熱微驅動器

無效

• 申請號: 201010243115.5
• 申請日: 2010-08-05
• 公開（公告）號: CN101905851A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 張叢春;王娟;吳義伯;侯捷;錢群
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;F03G7/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微機電技術領域的裝置，具體是一種基于氧化鋁薄膜與聚合物聯合作用的電熱微驅動器。

背景技術

隨著微機電系統(MEMS)技術的不斷發展，微結構器件和系統在信息業，航空航天業，醫療，環境科學等很多領域都得到廣泛應用。MEMS技術的核心工作是微傳感器和微驅動器的設計和制造，其中微驅動器作為可動部分，其動作范圍的大小，可動效率的高低，動作的可靠性等指標決定了系統的成敗，是微機電系統中最重要的環節。因此研究發明小體積，低重量，低功耗等具有優良性能的微驅動器是現代研究技術的熱點。

微驅動器按驅動方式的不同分為電磁型，靜電型，壓電型，電熱型等各種類型微驅動器。電磁型微驅動器在數毫米尺寸時可產生較大的驅動力，同時也具有較大的驅動位移，但由于電磁驅動器需要加工線圈和磁體，涉及三維微加工技術，加工起來比較困難，不利于標準化生產；靜電型微驅動器在微小尺寸時顯示出許多優越性，例如靜電驅動時器件尺寸越小，其單位體積上的力越大，它的缺點是驅動電壓高，但動作范圍很??；壓電型微驅動器，由于電荷量的大小與外加力成正比，可輸出較大的驅動力，但工作電壓通常在數十伏到數百伏，而且受到材料的限制；電熱型微驅動器雖然響應頻率較低，動態特性較差，但是相對于前幾種驅動器來講，具有驅動電壓低，驅動力大，行程大等優點，重要的是制作工藝簡單，適于批量化，因此在微機械中使用廣泛。

經對現有技術的文獻檢索發現，電熱型微驅動器已被世界學者廣泛研究。Peter等在《MicroElectro?Mechanical?Systems》(中文名《微機電系統》)2010年第23次會議第1151頁上發表的題名“Scaling?of?Folded?Electro-thermal?Actuators”(中文名稱“折疊型電熱驅動器的尺寸研究”)，報道了一種由金屬和氧化物作為雙層膜結構的折疊型熱驅動器，在分布加熱的條件下，這種結構的熱驅動器比多層膜熱驅動器熱敏感性能高26％，該熱驅動器主要用于旋轉微鏡系統，在低電壓驅動的情況下(2V～12V)，可實現大的角位移范圍從45°～90°，可調范圍很大，但這種驅動器結構復雜，給加工帶來一定難度，而且成品率不以保證，故文中采用拓撲法制作一系列對稱結構，以代替不理想結構。

Trinh?Chu?Duc等在《Journal?of?Microelectromechanical?Systems》(中文名《微機械系統》)2008年第17卷第823頁上發表的題名“Polymeric?Thermal?Microactuator?With?EmbeddedSilicon?Skeleton：Part?II-Fabrication，Characterization，and?Application?for?2-DOFMicrogripper”(中文名稱“具有嵌入型硅骨架的聚合物電熱微驅動器：第二部分——二自由微夾鉗的制作，特性及應用”)，報道了一種由具嵌入式硅骨架的聚合物電熱微驅動器組合而成微夾鉗結構，主要用于夾持尺寸在6到40μm的微結構，此微夾鉗結構由4個基于聚合物SU8的電熱微驅動器組成，該驅動器驅動臂長360μm，寬125μm，厚30μm，尺寸較小，驅動位移較小，該驅動器在2.5V電壓下，驅動位移僅為9μm。此結構由硅作為結構支撐，涉及深度反應離子刻蝕技術，鋁作電阻絲發熱結構，涉及濺射技術，以及SU8膠填充技術，KOH刻蝕等微加工工藝，工藝種類多，操作復雜，不易實現。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于氧化鋁薄膜與聚合物聯合作用的電熱微驅動器，利用多層膜材料不同，其熱學性能及機械性能有顯著差異，從而實現在小功率驅動下，輸出較大的面外位移，該熱驅動器結構簡單而且制作工藝可靠，適于批量制造。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：熱基座、氧化鋁結構層、鎳電阻絲發熱層和聚合物功能輔助層，其中：鎳電阻絲發熱層、氧化鋁結構層和熱基座依次由上而下設置，所述的氧化鋁結構層為重疊部和懸臂梁部構成的T字型結構，聚合物功能輔助層覆蓋于氧化鋁結構層的懸臂梁部的外部并包裹鎳電阻絲發熱層，驅動電壓施加于鎳電阻絲發熱層的懸臂梁部上。

所述的熱基座為金屬制成的支撐結構，該熱基座以硅或玻璃圓片為襯底，采用UV-LIGA技術，通過紫外線曝光光刻對外接電路光刻出模具，再以電鑄工藝電鑄成型，保證熱驅動臂的懸空高度。