聚合物超声波压印成形工艺及优化

摘要

在聚合物微结构加工领域，超声波压印成形技术作为一种比较新的加工微结构的技术，相对于传统的微结构加工技术的优势有很多，例如，清洁环保、节约资源、操作简单等优点。综合考虑，该成形技术对我国建设环境友好型的社会有着很大的推动作用。目前，超声波技术已经被广泛的应用于工业、电气、航空航天、产品包装、微小器件的生产等领域。但是，超声波技术在聚合物微器件成形领域的应用仍处于实验室研究阶段，可控性的好坏、工艺窗口的大小、成形均匀性、气泡缺陷等问题的研究尚不明确。
　　由于超声波压印技术的实验可控性和工艺窗口的宽窄问题尚不明确，本论文在目前已有的超声波压印技术的基础上，以能量模式为依托，进行不同控制模式之间的成形结果对比，并进行结果分析，探讨不同控制模式对超声波压印成形工艺窗口宽窄的影响，并设计了一组测温对比实验，得出了较好的控制模式。
　　在不同控制模式的超声波压印实验结果的基础上，讨论了超声波压印实验后聚合物表面均匀性的问题，进一步对比分析了不同控制模式下，超声波压印成形结果的质量问题，并得出在能量850J和950J左右时的超声压印实验中，时间控制模式下的焊头-基片接触区域非成形区和成形区的均匀性均较好。
　　在干法刻蚀工艺下，我们针对不同微结构的超声波压印实验结果进行分析。详述了干法刻蚀工艺下，硅模具的制作流程和刻蚀结果。并根据超声实验后基片脱模困难的问题，在干法刻蚀后的模具上制作一层脱模剂，保证聚合物基片在模具上的顺利脱模。通过有限元仿真平台对微结构进行应力分布分析，为干法刻蚀工艺下的对比微结构超声波压印实验提供了参考依据。
　　为了尽快使聚合物微器件超声波压印工艺进入社会生活，我们还讨论分析了聚合物微器件的气泡缺陷问题。针对气泡的产生和运动机理进行研究，并提出了相应的抑制气泡产生的方法，主要有降低温度和增加静压强两种方法。

目录

声明

论文说明

摘要

1 绪论

1．1 聚合物微器件概述

1．1．1 聚合物简介

1．1．2 聚合物微器件的应用及发展情况

1．1．3 聚合物微器件的传统制造方法

1．2 聚合物微器件超声波制造技术

1．2．1 聚合物微器件超声波成形技术

1．2．2 聚合物微器件超声波成形技术国内外研究现状

1．3 聚合物微器件的商业化前景

1．4 本论文的研究内容及意义

2 不同控制模式下聚合物微结构超声波压印成形研究

2．1 超声波压印成形技术的工艺窗口以及可控性研究的意义

2．2 聚合物微结构超声波压印实验

2．2．1 聚合物微结构超声压印装置

2．2．2 压印模具和聚合物基片

2．2．3 超声波压印实验

2．2．4 复制精度评价方法

2．3 超声实验结果及讨论

2．3．1 不同压印模式对压印深度的影响

2．3．2 不同超声波控制模式下的聚合物的温度特性

2．4 本章结论

3 工艺参数对复制均匀性的影响

3．1 PMMA基片焊头-基片接触区域图形区表面均匀性分析

3．2 PMMA基片焊头-基片接触区域非图形区表面均匀性分析

3．3 本章结论

4 微结构尺寸及分布对复制结果的影响

4．1 干法刻蚀工艺下的硅模具制作

4．1．1 干法刻蚀工艺流程

4．1．2 微结构表面改性

4．2 微结构仿真结果分析

4．3 不同辅助结构的微结构超声波压印实验

4．4 本章总结

5 聚合物微器件在超声作用下产生气泡状缺陷的分析研究

5．1 聚合物微器件在超声压印过程中的缺陷介绍

5．2 气泡的运动规律以及超声波传播相关理论

5．3 超声波传播相关理论

5．4 影响超声波压印实验中气泡产生的各个因素

5．4．1 温度对PMMA基片内气泡产生的影响

5．4．2 静压强对PMMA基片内气泡产生的影响

5．5 PMMA基片超声压印工艺中气泡缺陷的抑制

5．6 本章结论

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及专利情况

致谢