微电铸及其在MEMS中的应用

研究了微电铸在MEMS结构层制造工艺中的可行性并搭建了微电铸实验系统,通过对不同Watts镍电解液的成分实验得到了一组性能较好的成分配比.通过晶种层材料的实验得出Ti-Cu作为晶种层材料的优点.利用微电铸的方法制作出微机械隧道陀螺仪中的悬臂梁、挡板、驱动电极等,得到了一组比较有价值的电铸参数,并对电铸中存在的问题进行了阐述.实验结果表明,采用方波脉冲电铸能够得到晶粒粗细均匀、硬度和应力符合设计要求的悬臂梁等MEMS结构.     

利用微电铸制作镍悬臂梁

为了设计出导电的Ni微变截面悬臂梁，采用了基于成熟的电镀技术的微电铸工艺．在分析悬臂梁的变截面结构和搭建微电铸试验平台之后，设计了整个工艺流程，利用近紫外线厚胶光刻、Ni微电铸、去除牺牲层等工艺实现了悬臂梁的制作．工艺实验结果表明，整个变截面悬臂梁的铸层表面没有缺陷，但不同微电铸面积的基座、粗梁、细梁的铸层厚度不均匀，其中，铸层面积最大的基座铸层最厚，面积次之的粗梁的铸层厚度居中，面积最小的细梁的铸层最薄．实验证明在一定范围内增大占空比和降低电流密度可以抑制这种厚度不均匀现象．     

牺牲层腐蚀技术在微悬臂梁器件制作中的应用

以微悬臂梁的制造工艺为例,探讨了MEMS中的牺牲层腐蚀技术,对牺牲层材料的制备方法和腐蚀牺牲层材料得到微悬臂梁结构等工艺中的关键与核心技术作了详细阐述,从腐蚀机理的角度探讨了腐蚀速率及其影响因素。     

喷射电铸快速制造的试验研究

介绍了喷射电铸快速制造技术的原理与系统组成，采用喷射电铸快速制造工艺制备了具有简单形状的纳米晶金属铜样件，运用扫描电子显微镜和X-射线衍射等现代分析手段对纳米晶微观结构进行分析.结果表明，喷射电铸能显著提高极限电流密度，细化晶粒，改善铸层质量．铜沉积层具有纳米晶微观结构，平均晶粒尺寸约为55．6nm，最小晶粒尺寸可达41．4nm．     

射流电铸快速成型技术研究

该文介绍射流电铸快速成型技术的原理与系统组成，研究射流电铸的特点。研究结果表明，射流电铸能显著提高极限电流密度，细化晶粒，改善铸层质量。用射流电铸快速成型设备制备了具有简单形状的金属铜零件，并用扫描电子显微(SEM)和X—ray衍射手段对其表面形貌和微观组织结构进行分析。制备的铜零件具有纳米晶微观结构，平均晶粒尺寸为55．6nm。     

微悬臂梁器件制作工艺的可靠性研究

由于传统机械加工方法不能实现微型悬臂梁阵列加工的需要,故微悬臂梁阵列的制作需要采用MEMS技术,针对MEMS中微悬臂梁制作废品率高的问题,从悬臂梁的加工工艺出发,分析了断裂、粘连、黏附等失效形式,从可靠性的角度分析失效原因,通过控制溅射铝时的温度变化有效降低层间的残余应力;通过淀积表面能厌水的覆盖层来防止黏附等相应改进措施来提高微悬臂梁器件制作的可靠性。     

精密电铸铜工艺的研究

电铸是一种在芯模上电沉积金属,然后使两者分离,来制取零件的工艺。电铸具有很高的复制精度和重复精度,适合制造具有复杂形状,精细型貌等特征的金属零件。电铸工艺很大程度上决定了铸层的组织结构和物理特性。文章分析了电流和添加剂对电铸层表面形貌的影响,铸液中添加剂对基质金属铜的晶粒的明显细化作用。     

电铸超细晶材料的微观组织研究

应用电铸法制备超细晶粒金属Cu ,对电铸工艺参数与形成的材料的微观组织的关系进行了探讨。运用扫描电子显微镜 (SEM )和电子背散射衍射 (EBSP)等实验手段 ,对电铸Cu的显微组织及晶粒的生长方向进行了系统研究。研究表明 :电铸Cu材料晶粒十分细小 (晶粒尺寸在 1μm 3μm范围 ) ,且内部晶粒的晶体取向沿材料的法线方向存在择优取向 ,即有丝织构的存在 ;同时 ,通过对电子背散射所获得的极图与反极图进行分析可知 ,丝织构受电铸液成份的影响     

一种3层组合悬臂梁的理论分析

文章基于平面假设,对一种由不同材料组成的3层组合悬臂梁进行了理论分析,给出了组合梁的位移和应力计算公式,所得到的结果可以很容易退化为双层组合悬臂梁和单层悬臂梁的情况;通过2个算例表明,理论计算结果与电测法实验结果和有限元数值分析结果均吻合较好,说明所得到的理论分析结果是正确的;讨论了各层的高度和间距对组合梁位移和应力的影响,并就间距为零、材料和层高相同的3层组合悬臂梁的位移和应力与总高度相同的单层悬臂梁的位移和应力进行了比较。     

自带均热板的微弹簧式悬臂梁微加热器的研究

利用硅基MEMS工艺,通过背面分步刻蚀工艺湿法刻蚀<100>晶向硅片,结合SiO2薄膜热氧化工艺、磁控溅射薄膜制备工艺、光刻工艺、lift-off工艺,制备了一种自带均热板的微弹簧式悬臂梁微加热器。L型悬臂梁结构比直线型结构应力分布均匀。标定了微加热器的R-T曲线、I-V曲线。微加热器在工作电压为2.3V时,加热电阻值为60.96Ω,功耗为86.72mV,可获得673K的工作温度。     

采用盲孔填充技术制备金属微电极阵列

针对目前MEMS工艺里由于微电铸铸层内应力导致的金属微结构与基底容易脱离的问题和不足,提出一种借助盲孔填充技术制备微电极阵列的方法。选择KMPR作为胶模材料,首先通过UV-LIGA工艺制备出180μm厚的阵列孔缝胶模结构,然后在胶模表面溅射Cu种子层,优化电铸工艺参数:电铸前采用真空润湿的方法排出孔缝内气泡,电铸液中加速剂与抑制剂浓度分别为4×10~(-6)mol/L和24×10~(-6)mol/L,电流密度为1 A/dm~2,在孔缝内电铸铜,并在胶模表面电铸出铜基底,最后获得了高180μm,线宽200μm的两种柱状金属微电极阵列。试验结果表明,盲孔填充技术是一种低成本、安全的制作金属微电极阵列的方法。     

亚毫米金属微机械部件加工工艺研究

用一种廉价，批量化加工微机械零部件的工艺（准ＬＩＧＡ技术）制作了亚毫米金属（镍）微齿轮，微马达．实验结果表明，紫外线深曝光和精密电铸这些常规并结合牺牲层技术，进行金属（镍）微部件加工这一套工艺是可行的，同时文中对于影响微部件加工精度的因素进行了初步讨论。     

基于小波去噪的MEMS陀螺仪随机误差校准算法

微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)陀螺仪具有体积小、成本低、功耗低等特点,在微姿态测量系统中应用极其广泛。由于在制作工艺、材料等方面会引入额外的随机噪声,且瞬态电压的不稳定也会造成MEMS陀螺仪在上电阶段产生随机波动误差,严重影响微姿态测量系统的启动时间和测量精度。因此,基于多分辨分析特性的小波变换分析技术,提出了一种改进的小波去噪算法,通过对MEMS陀螺仪的数据进行3层小波分解,剔除高频分量和电压不稳定产生的突变信号,并对低频分量进行重构,最终得到校准以后的陀螺仪数据,实现陀螺仪随机误差的快速校准。实验验证结果表明,通过3层小波分解后,随机误差均值小于0.05 °/s,系统启动时间小于0.1 s,具有较好的噪声抑制和迅速启动能力。     

基于蒙特卡洛仿真的MEMS陀螺仪可靠度分析

文章基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)陀螺仪的工作原理,从灵敏度的角度提出频率匹配失效数学模型,针对MEMS陀螺仪中的典型结构微悬臂梁,给出微悬臂梁的黏附失效数学模型;基于蒙特卡洛仿真,利用Matlab软件分别对2个模型进行可靠度计算,并考虑了温度对频率匹配失效的...     

基于局部特征点检测与匹配的微悬臂梁变形受力测量方法

提出了一种基于局部特征点检测与匹配的微悬臂梁变形受力测量方法.通过光学显微镜得到微悬臂梁变形前后的图像和基于放大的微悬臂梁表面的散斑纹理特征，在尺度空间中定位具有局部响应极值的LOG（Laplace of Gaussian)特征点，并在LOG特征点周围提取局部仿射不变封闭区域，其质心可以作为具有亚像素精度的特征点位置.由封闭区域构造仿射不变特征描述算子并进行特征点匹配，根据匹配点的位移信息进行悬臂梁弯曲挠度曲线拟合以描述微悬臂梁的弯曲变形，并采用最小二乘法计算悬臂梁受力大小与受力点.通过对实际的微悬臂梁变形图像实验，验证了所提方法的有效性.     

环境振动能收集系统的微型压电悬臂梁设计与制作

研制长寿稳定电源已经成为微型无线传感网络中的关键技术之一,现有的化学电池容量有限,需要不断的逐个更换耗尽的电池,难以满足无线传感网的实际应用。本文提出利用压电材料的机电耦合特性收集环境振动能,该类型微电源有望成为MEMS提供长期电能。首先分析了利用压电材料收集振动能的原理,对微型悬臂梁结构的设计进行了简单的分析,重点介绍了用MEMS工艺加工微型悬臂梁的工艺流程。悬臂梁结构采用体硅和面硅加工工艺相结合,体硅工艺包括湿法和干法刻蚀硅及表面层结构,金属Pt层刻蚀等,面硅工艺包括溅射金属薄膜和利用Sol-Gel方法在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制作锆钛酸铅（Pb（Zr0.52Ti0.48）O3,PZT）压电薄膜等。经过反复工艺实验研究,确定一套稳定的微型压电能源的制作工艺流程。     

DLC膜用于解决MEMS黏附问题研究

介绍了微机电系统（MEMS）中存在的黏附问题,对引起黏附的原因和如何解决黏附问题进行了分析．采用牺牲层腐蚀技术在多晶硅悬臂梁下表面制备类金刚石（DLC）膜,通过扫描电子显微镜（SEM）表征未发生黏附的悬臂梁最长长度．发现村底上有DLC膜时,未发生黏附的悬臂梁最长长度平均约为145μm;而无DLC膜时,平均不到80μm．利用原子力显微镜（AFM）测得DLC膜表面的黏附力在7nN左右,而硅衬底表面的黏附力大约为20nN．实验结果表明DLC膜降低了悬臂梁与衬底之间的毛细引力和固体间黏附力,减轻了多晶硅悬臂梁的黏附．     

自感知压电微夹钳研究

采用双晶片型压电悬臂梁制作一种双悬臂梁结构的微夹钳,可用于微操作系统中的微夹持器．在一般微操作系统中,需要外加微力传感器才能组成闭环控制系统,这必将影响夹钳的工作特性．为简化系统,借助于电荷提取电路提取压电双晶片上的电荷,并通过软件进行状态观测,可直接得到压电夹钳尖端上的夹持力,同时还能观测到夹钳尖端的位移,称其为自感知执行器．实验证明了上述自感知方法的有效性．     

无氰K金电铸沉积层合金成分的研究

为了控制无氰Ｋ金（Ａｕ－Ｃｕ二元合金）电铸沉积层的合金成分,研究了影响沉积层合金成分的几个因素及其影响情况。进行电沉积实验时,阳极采用纯金平板,阴极采用纯铜板。每次实验采用不同的参数。实验所得沉积层用Ｔ－４５０型扫描电镜的能谱检测其合金成分,即可得各影响因素对合金成分的影响情况。实验结果表明：合金成分与镀液中金、铜离子质量浓度比、阴极电流密度、络合剂（ＤＴＰＡ）的含量以及镀液温度等因素有关,其中镀液中金铜比是最重要的影响因素。本文所研究的内容对于利用无氰Ｋ金电铸工艺生产空心、Ｋ金首饰技术生产时控制沉积层的合金成分具有很重要的意义。     

电铸Cu的显微组织、晶粒取向和晶界结构

采用SEM,TEM和EBSD研究了电铸Cu的微观组织形貌、晶粒取向和晶界特征.SEM观察表明,沿沉积方向,组织由细小等轴晶区、等轴晶和柱状晶的混合晶区转变为粗大柱状晶区.EBSD分析表明,对于所有晶区,小角度晶界(15°)的分布频率较小,大角度(≥15°)晶界为电铸Cu组织的主要晶界.在大角度晶界中,CSL晶界占有很大比例,其中Σ3的分布频率较大.柱状晶由平行分布的层状孪晶构成,近似垂直于沉积厚度方向,层间孪晶界为Σ3类型,TEM的观察也显示了孪晶的存在.细等轴晶区晶粒的择优取向不明显,混合晶区和粗柱状晶区有明显的〈111〉和〈101〉择优取向.在粗柱状晶区,平行于沉积厚度方向,具有较强的〈111〉择优取向,表明大多数{111}孪晶面垂直于沉积厚度方向.