新型电热微驱动器的研究--《上海交通大学》2010年硕士论文
新型电热微驱动器的研究
【摘要】：
随着电子产品的小型化和系统功能的集成化,微型驱动器获得了巨大的市场潜力并拥有广阔的应用前景。众多微驱动器中,电热微驱动器具有体积小、结构相对简单、加工工艺稳定以及成本低等优点,成为微型机械电子系统研究的热门。
本文研究了新型电热微驱动器,其核心部件由悬臂梁、电路、基座组成。分别采用理论计算和软件仿真,通过微细加工工艺制作了微驱动器,并进行了测试验证。根据测试结果调整设计结构、加工工艺,最终获得高质量的电热驱动器。
本文着重研究了悬空结构加工中的厚牺牲层技术、热驱动悬臂梁的制作等工艺问题,并提出尝试三态工作模式的磁锁定继电器,并对其结构进行了进一步的估算。电热微驱动器的加工工艺流程,主要采用SU-8和金属镍电镀工艺制作了悬臂梁结构,详细讨论了SU-8的甩胶、热处理及腐蚀浸泡等工艺,完成了这些关键部件的制作,该加工工艺具有工艺简单,成本低的优点。利用表面形貌轮廓仪、Veeco光学轮廓仪、结合力测试仪和扫描电镜等设备测量了电热微驱动器的形貌和输出特性。根据实验结果讨论了加工的电热驱动器,认为这是一种适合于微型继电器使用的微驱动器。最后在电热微驱动器的基础上进行应用拓展,初步尝试了磁锁定继电器的流片。
【关键词】：
【学位授予单位】：上海交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：TH703【目录】：
ABSTRACT6-11
1 第一章 绪论11-28
1.1 引言11-12
1.2 微机电系统（MEMS）简介12-15
1.2.1 微机电系统的历史12-13
1.2.2 微机电系统的应用13-15
1.2.3 微机电系统的未来15
1.3 微驱动器的研究现状15-22
1.3.1 微驱动器的分类概述16-21
1.3.2 微驱动器的基本制造流程21-22
1.4 本课题的研究意义和主要研究内容22-25
参考文献25-28
2 第二章 电热微驱动器的理论分析和设计28-47
2.1 微机电系统（MEMS）的设计工具28-30
2.2 微机电系统（MEMS）中的材料30
2.3 电热微驱动器的设计中需要考虑的因素30-31
2.4 电热微驱动器机理分析31-44
2.4.1 材料选择和比较31-32
2.4.2 双层膜结构悬臂梁32-39
2.4.3 半嵌入结构悬臂梁39-42
2.4.4 嵌入结构悬臂梁42-43
2.4.5 三种模型的比较43-44
2.5 本章小结44-45
参考文献45-47
3 第三章 电热微驱动器的制作47-81
3.1 微机电系统制作的基本工艺介绍47-54
3.1.1 光刻工艺47-48
3.1.2 溅射48
3.1.3 电镀48-50
3.1.4 干法刻蚀50-51
3.1.5 湿法刻蚀51-54
3.2 铜牺牲层刻蚀工艺的研究54-62
3.2.1 铜牺牲层应用存在的问题和分析54-55
3.2.2 铜牺牲层刻蚀解决方案55
3.2.3 铜牺牲层刻蚀的反应机理55-58
3.2.4 实验分析58-61
3.2.5 应用观察61-62
3.3 聚合物金属悬臂梁的制作62-68
3.3.1 聚合物材料的工艺62-63
3.3.2 聚合物金属悬臂梁的问题分析63-64
3.3.3 聚合物的加工处理64-66
3.3.4 电镀镍的加工处理66-67
3.3.5 牺牲层和基座结构的处理67-68
3.4 电热微驱动器的制作流程68-73
3.4.1 双层膜结构悬臂梁电热微驱动器的制作69-70
3.4.2 半嵌入结构悬臂梁电热微驱动器的制作70-72
3.4.3 嵌入结构悬臂梁电热微驱动器的制作72-73
3.5 磁锁定继电器的制作流程73-76
3.5.1 磁锁定继电器的设计的设计73-75
3.5.2 磁锁定继电器的制作75-76
3.6 本章小结76-78
参考文献78-81
4 第四章 电热微驱动器的测试81-90
4.1 光学轮廓仪的静态观察81-83
4.2 扫描电子显微镜（SEM）的观察83-85
4.3 Veeco 光学轮廓仪的动态观察85-88
4.3.1 双层膜结构热驱动器的行程测试85-87
4.3.2 嵌入结构热驱动器的行程测试87-88
4.4 结合力测试仪（Bonding Tester）测试88-89
4.5 本章小结89-90
5 第五章 总结与展望90-92
附录92-100
致谢100-101
攻读学位期间发表的学术论文和专利101-104
上海交通大学学位论文答辩决议书104
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