浅谈电铸电铸铜、镍金属微器件工艺学年

论文导读：铜制作微器件的进展11-171.2.1微电铸铜的探讨近况11-121.2.2铜微器件制作的探讨近况12-171.3课题的探讨内容17-192微注塑模具的制作工艺19-302.1SU-8胶超声时效技术19-212.1.1SU-8胶超声时效技术机理19-202.1.2超声时效参数的选择20-212.2微注塑模具制作流程21-292.2.1基片前处理22-232.2.2旋涂SU-8光刻胶23-242.2
摘要：随着MEMS技术的进展,国防、半导体及生物工程等领域对金属微器件的需求日益强烈,同时,与UV-LIGA技术密切相关的微电铸工艺也得到了密切的关注。本课题主要探讨电铸铜、镍金属微器件的制作工艺,具体包括微注塑模具制作技术、六层可动微结构制作工艺及微电铸铜线圈工艺三个方面。探讨结果能够为UV-LIGA领域相关技术提供工艺参考。针对金属微注塑模具UV-LIGA制作历程中,由于SU-8胶内应力过大而引起的胶膜破裂、变形甚至脱落等不足,本论文创新性地将超声时效技术运用到微注塑模具的制作工艺中。首先,使用紫外光刻工艺制备了电铸胶膜,在显影前利用自制的超声时效装置对胶膜进行超声处理。然后,采取无背板生长办法在模具钢基底上直接进行镍金属的电铸生长。解决了工艺历程中遇到的SU-8胶浮胶变形、非圆形基片的匀胶、胶膜中的气泡从及微电铸层结合不牢等不足。最后,制作出微通道宽度和高度分别为80μm和35μm的微注塑模具。实验结果表明,超声时效技术的利用避开了由于SU-8胶内应力过大而引起的胶膜破裂、变形甚至以基底脱落等缺陷,增强了UV-LIGA技术制作微注塑模具的能力,可大大提升微注塑模具制作的成功率。针对航空航天、生物医学等领域对多层金属微器件的需求,制作了六层可动微结构。首先,使用刻蚀的办法在金属基板背面制作了对准标记点图形,解决了多层结构对准效率和精度低的不足。然后,使用该标记点进行正面六层图形的光刻对准操作,利用SU-8胶光刻工艺、溅射导电层工艺和微电铸镍工艺进行了各层结构的制作,解决了制作历程中遇到的各层结构间结合力差和多层结构胶膜制作困难的不足。最后,通过退火去除微器件的内应力,煮酸去除光刻胶后得到最小线宽尺寸为15μm的六层可动镍结构。制作了微电铸铜线圈。为了实现微电铸铜线圈的制作,首先实验了一套用于微图形制作的微电铸铜工艺,先后尝试利用了蜜糖和染料添加剂,分析了实验历程中遇到的工艺不足,解决了铸层麻砂、铸层发黑、烧焦及染料点状沉积等缺陷,进而确定了染料添加剂硫酸盐铸铜工艺。然后,在硅片上利用溅射铜和正胶剥离的办法制备了电铸需要的种子层,经SU-8胶紫外光刻工艺制备了微线圈电铸胶膜。最后,利用精密电铸机完成了微线圈胶膜的电铸,实现了高度15μm、最小线宽10μm的铜微线圈的制作。本论文的探讨工作验证了微电铸铜工艺的可行性,证明该工艺已能满足微图形电铸的要求。关键词：金属微器件论文微注塑模具论文超声时效论文多层结构论文微电铸铜论文铜线圈论文
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Abstract5-9
1 绪论9-19

1.1 电铸镍金属微器件的制作9-11

1.2 微电铸铜制作微器件的进展11-17

1.2.1 微电铸铜的探讨近况11-12

1.2.2 铜微器件制作的探讨近况12-17

1.3 课题的探讨内容17-19

2 微注塑模具的制作工艺19-30

2.1 SU-8胶超声时效技术19-21

2.

1.1 SU-8胶超声时效技术机理19-20

2.

1.2 超声时效参数的选择20-21

2.2 微注塑模具制作流程21-29

2.1 基片前处理22-23

2.2 旋涂SU-8光刻胶23-24

2.3 前烘24-25

2.4 25

2.5 后烘25-26

2.6 超声处理26-27

2.7 显影27

2.8 铸前处理27-28

2.9 电铸28

2.10 铸后处理28-29

2.3 本章小结29-30

3 六层可动微结构制作30-39

3.1 实验材料及设备30

3.2 工艺流程30-36

3.

2.1 刻蚀背面临准标记点30-32

3.

2.2 正面六层结构制作32-36

3.3 制作历程中的工艺不足36-38

3.1 各层结构间的结合力不足36-37

3.2 多层结构胶膜制作困难37-38

3.4 本章小结38-39

4 微电铸铜线圈的制作39-59

4.1 电铸液类型的选择及分析39-42

4.

1.1 铜电铸液简介39-40

4.

1.2 酸性硫酸铜电铸液各组分意义分析40-42

4.

1.3 操作条件对电铸的影响42

4.2 初步电铸实验42-49
4.2.1 简易实验装置的搭建论文导读：备56-574.4.2微电铸铜制作铜线圈57-584.5本章小结58-59结论59-60参考文献60-63攻读硕士学位期间发表学术论文状况63-64致谢64-65上一页12
42-43
4.

2.2 实验结果43-45

4.

2.3 不足与讨论45-49

4.3 微图形电铸实验49-56
4.

3.1 蛇形沟道微图形胶膜的准备49-51

4.

3.2 微图形电铸实验设备和条件51-52

4.

3.3 实验结果与讨论52-56

4.4 铜线圈的制作56-58

4.1 铜线圈胶模的制备56-57

4.2 微电铸铜制作铜线圈57-58

4.5 本章小结58-59

结论59-60
参考文献60-63
攻读硕士学位期间发表学术论文状况63-64
致谢64-65