先进制造LIGA体微加工技术.doc

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1、研究生课程考核试卷科目：先进制造技术教师：姓名：学号：_专业：类别：上课时间：2012年12月至2013年1月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师（签名）LIGA体微加工技术1.1LIGA体微加工技术简介LIGA是徳文Lithographic>Galvanoformung和Abformung三个词的缩写，LIGA体微加工技术是LIGA掩膜版制造工艺、X射线深层光刻工艺、微电铸工艺和微复制工艺的完美结合。在20世纪80年代由德国卡尔斯鲁尔核研究中心开发而成。LIGA技术自问世后，发展非常迅速，德国

2、、美国和日本都开展了该技术领域的研究工作。LIGA技术是一种利用同步辐射X射线制造三维器件的先进制造技术，使用LIGA技术可以进行微器件的大批量生产，使成本大大降低。1.2LIGA技术的一般过程(1).深度X射线曝光x射线光刻掩膜技术是x射线光刻成功应用的关键Z-ox射线透过掩膜对厚X射线光刻胶进行曝光，然后对曝光后的光刻胶进行显影以制成初级模版。X射线的特性决定了X射线光刻掩膜技术与普通光学光刻掩膜的情况完全不同，它应具有对X射线足够高的反差(>10)o因此，X射线光刻掩膜通常是由低原子序数的轻元素材料形成的薄膜

3、衬基及在其上面用高原子序数的重元素材料制成的吸收体图形构成的。同步辐射光源是LIGA技术研究的最理想光源。这种光源具有高亮度和高强度，并且在前进方向上具有高度的准直性。它的连续光谱允许对X射线波长进行调节以满足不同刻蚀深度的需要。步骤：将光刻胶涂在有很好的导电性能的基片上，然后利用同步X射线将X光掩模上的二维图形转移到数白微米厚的光刻胶上，刻蚀出深宽比可达儿白的光刻胶图形。X光在光刻胶中的刻蚀深度受到波长的制约，若光刻胶厚度在10・1000"加，应选用典型波长为0.1・1um的同步辐射源o(2).显影步骤：将曝光后

4、的光刻胶放到显影液中进行显影处理，曝光后的光刻胶(如PMMA等)分子长键断裂，发生降解，降解后的分子可以溶于显影液中，而未曝光的光刻胶在显影后依然存在，这样就形成了一个与掩模图形完全相同的三维光刻胶微结构。（3）.微电铸电铸过程和电镀过程一样都是一种电沉积过程，它是指电解液中的金属离子（或络合离子）在直流电的作用下，在阴极表面上还原成金属（或合金）的过程。该过程一般包括三个步骤，即金属水化离子（或络合离子）由溶液内部向阴极表面传递的液相传输步骤，金属水化离子（或络合离子）在阴极表面上得到电子并还原成金属原子的电化学

5、步骤和反应产物形成新相的电结晶步骤。按照电铸的电流方式可为直流和脉冲电铸两类。与直流电铸相比，脉冲电铸能改变金属离子的电沉积过程，脉冲电铸可通过控制波形、频率、通断比及平均电流密度等参数，使电沉积过程在很宽的范围内变化，从而在某种镀液中获得具有一定特性的镀层。电铸并剥离后的金属结构作为二级模板。用闸板将模版覆盖。闸版有穿透的喷射孔，以便注入聚合物到排空的容器内。喷射孔位于结构自由空间的上方，低粘滞度的聚合物充满模板内的小空间。待聚合物变硬后，塑性结构与闸板在喷射孔处形成牢固的连接，使得塑性结构可以从模板屮提岀。按此

6、方法可重新制作塑性结构。步骤：利用光刻胶层下面的金属薄层作为阴极对显影后的三维光刻胶微结构进行电镀，将金属填充到光刻胶三维结构的空隙中，直到金属层将光刻胶浮雕完全覆盖住，形成一个稳定的、与光刻胶结构互补的密闭金属结构。此金属结构可以作为最终的微结构产品，也可以作为批量复制的模具。（4）.模铸乂称为微复制工艺，用上述金属微结构为模板，采用注塑成型或模压成型等工艺，重复制造所需的微结构。其中注塑成型适用于塑料产品的批量生产，模压成型适用于金属产品的批量生产。由于高深宽比的微结构的特殊性，普通的注塑机必须经过改装才能用于

7、LIGA技术中的微复制工艺。首先有一套真空装置，在注入前将微孔中的空气抽干；第二要有一套很好地温控装置，在注入前将塑料和模具加热到塑料的熔融温度，当磨具中充满塑料后，再通过降温是塑料固化，然后通过脱模获得所需的塑料产品。辐射BB冋步辆射尤掩膜堆体聯收体允刻胶图形基盘电铸金属光劃胶图形堆盘模体模腔为了批It生产以F存步町以姜次重蚁进行充模电访塑料图形塑料图形底盘注入孔锻结构图形图1LIGA技术基本流程1.1LIGA技术的优点与不足LIGA技术的优点：%1它的产品具有很大的结构强度，因而坚固耐用，实用性强；%1LIGA

8、产品可以用多种材料制备，如金属、陶瓷、玻璃、聚合物等；%1可以直接生产复合结构，并同时具有电路制作能力，便于制作机电一体化产品；%1可以获得亚微米级精度的微结构；%1利用微复制工艺能够实现微机械结构的大批量生产和大规模复制，因而成本低廉价格便宜。它的最大特点是能加工高深宽比（可达儿白以上，且沿深度方向的直线性和垂直度非常好）的微结构。所以非常适合丁制作有高精