[發(fā)明專(zhuān)利]柔性MEMS減阻蒙皮的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110328910.9
• 申請(qǐng)日: 2011-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102336394A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勇;李文平;朱效谷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B81C1/00
• 分類(lèi)號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 北京中偉智信專(zhuān)利商標(biāo)代理事務(wù)所 11325
• 代理人: 張岱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微制造和柔性MEMS技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性MEMS(Micro?Electro-Mechanical?Systems)減阻蒙皮的制造方法。

背景技術(shù)

水面及水下航行體行駛時(shí)所受到的行進(jìn)阻力包括壓差阻力、行波阻力和表面摩擦阻力等，其中表面摩阻通常占據(jù)最大比重，對(duì)于長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比/長(zhǎng)徑比較大的航行體尤其如此。因此，降低航行體表面摩擦阻力能夠有效地提高航速、增加航程、降低能耗，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目前摩阻減阻技術(shù)的理論和應(yīng)用研究主要集中在湍流邊界層，涉及多種技術(shù)方案，例如表面形貌減阻(如肋條減阻)、仿生減阻(如柔順壁減阻)等無(wú)源減阻方式，以及聚合物添加劑減阻、注入氣泡減阻等需要注入物質(zhì)或消耗能量的減阻方式。在航行體表面形成一層氣膜是現(xiàn)今理論減阻率最高的減阻方式之一，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。主要思想為：以氣膜將航行體大部分外表面包裹，從而變液-固界面為液-氣-固界面，大大減小摩擦阻力。目前主要以超空化和噴入氣體兩種方式形成氣膜。對(duì)于噴氣方式，需要額外的氣體噴射系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)必需持續(xù)工作，這對(duì)航行體的動(dòng)力系統(tǒng)是較大負(fù)擔(dān)。對(duì)于超空化方式，存在空化噪聲，而且需要采用特殊的發(fā)動(dòng)機(jī)，且功耗極大。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“柔性MEMS減阻蒙皮及其制造方法”(專(zhuān)利號(hào)ZL200910079713.0，授權(quán)公告日2011年1月26日)公開(kāi)了一種利用駐留微氣泡實(shí)現(xiàn)減阻的減阻蒙皮及其制造方法。其制造方法不足之處在于：采用了逆序方法制備減阻蒙皮，即先制備柔性材料薄膜表層，然后制備柔性材料薄膜襯底。從而帶來(lái)了以下兩個(gè)問(wèn)題：①、需要存在中間工序采用體硅刻蝕工藝將硬質(zhì)基底硅片完全去除，增加了工藝的難度以及成本；②、需要存在單獨(dú)的工序以加工形成連接外部供電導(dǎo)線的焊接部位。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的柔性MEMS減阻蒙皮的制造方法，其采用正序方法并簡(jiǎn)化了制造工藝。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述柔性MEMS減阻蒙皮的制造方法，包括如下步驟：

步驟1、在基底上制備一層中間夾層；

步驟2、在完成步驟1的所述基底上制備一層柔性襯底；

步驟3、在完成步驟2的所述基底上形成一層金屬層，并采用MEMS平面微細(xì)工藝在所述金屬層上形成電解陽(yáng)極、電解陰極、陽(yáng)極引線端子、陰極引線端子和內(nèi)部連線；

步驟4、在完成步驟3的所述基底上制備一層柔性表層，并通過(guò)光刻或刻蝕形成微凹坑陣列以及連接外部供電導(dǎo)線的焊接部位；

步驟5、將形成在所述中間夾層上方的結(jié)構(gòu)從所述基底上剝離下來(lái)。

進(jìn)一步地，所述中間夾層的聚合物為PDMS(聚二甲基硅氧烷)，該聚合物固化前的預(yù)聚物中固化劑與PDMS單體的質(zhì)量配比為0.05～0.2∶1。

進(jìn)一步地，所述柔性襯底的聚合物為聚酰亞胺。

進(jìn)一步地，所述金屬圖案的金屬材料為鉑。

進(jìn)一步地，所述的MEMS平面微細(xì)工藝包括：甩膠、光刻、濺射和超聲剝離。

進(jìn)一步地，所述柔性表層的聚合物為SU-8光刻膠或聚酰亞胺。

進(jìn)一步地，其中，步驟5的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

使用薄刀片和尖頭鑷子將形成在所述中間夾層上方的結(jié)構(gòu)從所述基底上機(jī)械剝離下來(lái)。

進(jìn)一步地，其中，步驟5的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

將完成步驟4的所述基底浸泡在有機(jī)化學(xué)溶劑中，以溶解所述中間夾層或改變所述中間夾層的性質(zhì)，將形成在所述中間夾層上方的結(jié)構(gòu)從所述基底上脫落。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明采用正序方法，先制備柔性襯底，然后制備柔性表層，減少了工序，簡(jiǎn)化了制作工藝。

2.選用PDMS(聚二甲基硅氧烷)作為中間夾層。PDMS薄膜具有高度的柔性以及較小的表面能，便于使用薄刀片和尖頭鑷子對(duì)形成在所述中間夾層上方的蒙皮結(jié)構(gòu)與基底進(jìn)行機(jī)械分離。同時(shí)，PDMS對(duì)有機(jī)溶劑，如丙酮、四氫呋喃等等，具有吸脹作用，吸脹后的PDMS表面粘性變得極弱，并且會(huì)發(fā)生變形，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，便于實(shí)現(xiàn)蒙皮結(jié)構(gòu)的自然脫落。

3.選用SU-8光刻膠作為表層材料。SU-8光刻膠光刻性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)小尺寸，大深寬比、高陡直度的凹坑結(jié)構(gòu)。同時(shí)，SU-8光刻膠物理化學(xué)性能穩(wěn)定，制備的減阻蒙皮能夠滿足不同環(huán)境下的使用要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述柔性MEMS減阻蒙皮的制造方法的一具體實(shí)施例的流程圖；

圖2是本發(fā)明所述的硬質(zhì)基底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明在所述硬質(zhì)基底上制備一層中間夾層的結(jié)構(gòu)示意圖；