基于电化学沉积的高深宽比无源MEMS惯性开关的研制-航空制造技术.PDF

封面文章 COVER STORY 基于电化学沉积的高深宽比无源 MEMS惯性开关的研制* 1,2 1 2 1 杜立群 ，陶友胜 ，李爰琪 ，齐磊杰 （1. 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，大连 116024； 2. 大连理工大学辽宁省微纳米及系统重点实验室，大连 116024） [摘要] 基于电化学沉积技术在金属基底上制作了一种新型的无源 MEMS 惯性开关。针对高深宽比、细线宽微 电铸用光刻胶模具制作过程中，由于 SU-8 胶膜严重侧蚀导致的胶膜制作困难、质量低下的问题，进行了紫外光刻 试验研究。试验研究了不同曝光剂量和后烘时间对 SU-8 胶光刻效果的影响，优化了光刻工艺参数。采用降低 曝光剂量和延长后烘时间相结合的方法解决了高深宽比、细线宽 SU-8 胶膜制作困难的问题，制作出高质量的微 电铸用光刻胶模具。最后，在上述试验结果基础上制作了一种高深宽比、无源 MEMS 惯性开关。其外形尺寸为 3935 μm ×3935 μm ×234 μm ，其中最细线宽 12 μm ，单层最大深宽比达 10∶1，多层最大深宽比达 20 ∶1。 关键词：电化学沉积；微电铸模具；高深宽比；紫外光刻 DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.14.024 MEMS 惯性开关作为一种由弹 也会对制作产生影响。马日红等 [9] 簧和质量块构成的惯性冲击检测传 研究发现：过曝光引起的严重衍射 感器，具有尺寸小、造价低、能耗少等 效应使胶膜侧壁出现“残胶”，并通 优点，在航空、航天、运输等工业领 过优化曝光剂量在硅基上得到深宽 域中具有良好的应用前景 [1-3] 。具有 比微 10∶1 的 SU-8 微结构。Zhang 高深宽比的 MEMS 惯性开关在性能 等 [10] 研究发现曝光剂量对高深宽比 上要比一般的惯性开关更加优越 [4] 。 SU-8 微沟道的线宽以及侧壁倾角的 因此，高深宽比 MEMS 惯性开关的 影响较大，并通过优化曝光剂量参 制作工艺备受关注。 数在硅基上完成了深宽比 19∶1 的 近年来，UV-LIGA 技术凭借其 SU-8 微沟道栅格的制作。张金娅 成本低、工艺周期短而在 MEMS 惯 等 [11] 研究发现不恰当的光刻参数会 性开关的制作中得到应用 [5] 。由于 导致“T-top” 现象，并通过优化热处 在近紫外波段具有较高的透明度以 理和曝光参数获得了最高深宽比达 杜立群 及 较 低 的 散 射 性，SU-8 胶 被 认 为 27∶1 的 SU-8 微结构。以上这些研 教授、博士生导师，主要研究方向 是制作高深宽比微结构的首选光刻 究在硅基底或玻璃基底上通过优化 为微器件UV-LIGA加工技术、微模具制 胶。以 SU-8 胶为牺牲层材料的多 光刻参数使用普通的 UV-LIGA 技术 造、PZT压电薄膜制备与应用、超声波在 微纳加工中的应用等。 层 UV-LIGA 技术是制作金属 MEMS 制作出深宽比很高的 SU-8 微结构。 惯性开关的