基于SU-8厚胶镍模具制作及其尺寸精度控制研究

摘要

基于SU-8胶的UV-LIGA技术已广泛应用于微机电系统(MEMS)中，其具有微小结构成型、复杂结构成型、批量生产、能够得到高深宽比和侧壁近乎垂直的微结构等突出优点。但SU-8胶存在热溶胀性，微电铸时会导致胶模变形，铸层线宽缩小，成为影响模具尺寸精度的主要因素。随着器件微小型化，对微器件尺寸精度的要求也越来越高，但SU-8胶的热溶胀性限制了该技术的进一步发展。 本文采用基于SU-8厚胶的UV-LIGA技术，通过增设隔离带的方法提高铸层尺寸精度，通过研究SU-8矩形胶模的热溶胀性得出不同尺寸胶模的热溶胀偏移量。在此基础上，结合增设隔离带和线宽补偿两种方法，制作了微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)聚合物流场板热压用镍模具。 首先，以高度200μm、图形密集的蛇形沟道镍模具为研究对象，针对SU-8厚胶的热溶胀性导致胶模变形量较大的问题，本文采用在掩模图形四周增设一条封闭等间距隔离带的方法来提高铸层尺寸精度。实验结果表明，该方法显著提高了该铸层的尺寸精度，当掩模线宽为220μm，铸层线宽达到212.3μm，尺寸误差仅为7.7μm。 其次，本文研究了SU-8矩形胶模的热溶胀性，得出三种宽度的胶模不同厚度时的热溶胀偏移量。实验结果表明，相同尺寸胶模热溶胀实验的一致性、重复性较好。在胶模宽度一定的情况下，胶厚h<40μm时，热溶胀偏移量δ随着h的增大而增大；h>40μm时，δ变化趋于平缓。实验得出的胶模热溶胀偏移量即为掩模图形的线宽补偿量。 最后，本文结合掩模版增设隔离带和线宽补偿两种方法，采用基于SU-8厚胶的UV-LIGA技术制作包含四种流场结构的μDMFC聚合物流场板热压用镍模具。实验结果表明，四个流场直沟道线宽尺寸平均误差约4μm，开孔率、等效水力直径的相对误差分别约为2.0％、1.5％。该方法提高了模具的尺寸精度，保证了模具流场参数的一致性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 微型直接甲醇燃料电池

1.2微电铸技术及其研究进展

1.3本文的主要工作

2 SU-8胶光刻理论与微电铸工艺基础

2.1 SU-8胶的光刻理论

2.2微电铸工艺基础

2.3本章小结

3 镍模具尺寸精度控制及SU-8胶热溶胀性研究

3.1 基于SU-8厚胶UV-LIGA技术的镍模具制作工艺

3.2增设隔离带对铸层尺寸精度的影响研究

3.3 SU-8矩形胶模的热溶胀性研究

3.4本章小结

4μDMFC聚合物流场板热压镍模具的制作

4.1 μDMFC聚合物流场板的流场结构设计

4.2 μDMFC聚合物流场板热压镍模具制作

4.3本章小结

结 论

展 望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢