[發明專利]微型固態化學推進器的制備方法

無效

• 申請號: 201210139073.X
• 申請日: 2012-05-06
• 公開（公告）號: CN102701139A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 苑偉政;申強;郝永存;張和民;謝建兵
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術領域

本發明涉及一種微型推進器的制作方法，屬于微機電系統制造領域。

背景技術

MEMS推進器是微推進系統發展的一個新方向，開創了微小衛星特別是納/皮型衛星推進系統研究的新途徑，而基于MEMS技術制造的固體化學微型推進器具有結構簡單、功耗低、無可動部件、集成度高、可靠性好等一系列優點，成為國內外新的研究熱點。

參閱圖4，微型固態化學推進器包括鍵合的硅片1和玻璃片7；硅片1表面14內凹形成燃燒室5和噴嘴15；燃燒室5兩側分別有直線形的下導線槽16和上導線槽3；玻璃片7由耐熱玻璃17和其上的點火電路結構組成，點火電路結構包括與燃燒室5相應位置處的點火器18，點火器18兩端分別連通過上點火導線10和下點火導線11與上焊盤12和下焊盤13連接；為了提高噴出速度，噴嘴15具有收斂-發散形狀。

微型固態化學推進器制備方法中工藝流程及參數的好壞直接影響著微推進器的性能，甚至關系到制作過程能否順利進行，因此工藝流程的選擇是提高微型推進器性能的關鍵。

在利用DRIE工藝在硅片表面加工燃燒室和具有收斂-發散形狀的噴嘴時需要光刻膠具有較強的保護能力，而采用普通的光刻膠在深刻蝕應用方面具有局限性，因此Zhang等人的文章“Development?of?a?solid?propellant?microthruster?with?chamber?and?nozzle?etched?on?a?wafer?surface”，采用厚膠進行深刻蝕，得到燃燒室和噴嘴結構，接著進行結構表面氧化處理，最后進行硅和玻璃鍵合得到微型推進器樣件，如果采用普通光刻膠和Zhang等人的加工工藝，那么將很難得到較深的結構；Zhang等人的文章“A?MEMS-based?solid?propellant?microthruster?with?Au/Ti?igniter”，采用光刻、濺射、剝離、再濺射、濕法刻蝕金屬等一系列工藝步驟得到裸露的點火電阻，而金屬刻蝕液的強選擇性、安全性以及刻蝕速率的可控性都難以把握，使得濕法刻蝕金屬的工藝難度增大。

發明內容

為克服現有技術中普通光刻膠無法得到較深的燃燒室、噴嘴結構和濕法刻蝕金屬工藝難度較大的不足，本發明提出一種利用金屬鋁薄膜工藝和金屬剝離工藝制備微型固體化學推進器的方法。

本發明解決燃燒室和噴嘴結構的工藝問題所采用的技術方案是：參考圖1，本發明解決點火電路的工藝問題所采用的技術方案是：參考圖2。

本發明提出的微型固態化學推進器的制備方法為：

第一步，圖1（a）所示，對普通硅片1進行清洗；再在硅表面涂光刻膠2、光刻、顯影、ICP刻蝕得到下導線槽16和上導線槽3，下導線槽16和上導線槽3的深度為400nm到550nm，寬度為350μm到450μm；

第二步，圖1（b）所示，去除光刻膠，清洗硅片表面，濺射金屬鋁4，金屬鋁4的厚度為100nm到300nm，再在鋁表面旋涂光刻膠，光刻，顯影，利用濕法腐蝕除去曝光區域的鋁膜，接著DRIE同時得到燃燒室5和噴嘴15，其深度為300μm到550μm。

第三步，圖1（c）所示，去除剩余的鋁膜，干法氧化硅片，二氧化硅6的厚度為200nm到600nm，采用氫氟酸溶液清洗氧化膜，得到光潔的燃燒室5和噴嘴15結構。

第四步，圖2（a）所示，清洗玻璃片7，在玻璃片表面涂光刻膠2、光刻、顯影得到點火器18、上點火導線10、下點火導線11、上焊盤12和下焊盤13的圖形，在涂有光刻膠的玻璃片表面濺射金屬8，金屬膜8通常為熔點大于1500℃的金屬材料，金屬膜8厚度為100nm到350nm。

第五步，圖2（b）所示，剝離光刻膠，得到點火器18，在金屬膜8的玻璃片上涂光刻膠2、光刻、顯影得到點火導線區和焊盤區的圖形，在涂有光刻膠2的玻璃片7表面濺射金屬薄膜9，金屬薄膜9通常為具有良好導電性能的金屬材料，如銅、鉑，金等，金屬薄膜9的厚度為100nm-350nm，再去除光刻膠，得到金屬導線以及金屬焊盤，圖2（c）所示。

第六步，圖（3）所示，將具有燃燒室和噴嘴結構的硅片和具有點火電路的玻璃片利用鍵合工藝連接，得到微型固態化學推進器。

本發明的有益效果是：利用普通光刻膠和金屬鋁膜在硅片表面得到具有較深的燃燒室和噴嘴結構，避免了厚膠的使用，利用金屬剝離工藝得到點火電路，避免了金屬濕法腐蝕過程中刻蝕劑的安全問題以及腐蝕速率不可控的問題，降低了工藝難度，確保制作過程順利進行。

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

附圖說明