自由曲面灰度掩膜设计及微针工艺研究

发布时间：2017-04-09 03:04

  本文关键词：自由曲面灰度掩膜设计及微针工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微机电系统(MEMS)的飞速发展,现有的二维和准三维加工技术已难以满足MEMS对微器件的种类及性能要求,亟需开发新的三维微加工技术。目前已经有多种微加工技术可以实现复杂三维微结构的加工,如微细电火花加工技术、微细铣削加工技术、激光三维微成型技术等。但上述加工技术都只能进行单件加工,无法进行批量化生产,难以大范围地应用。因此,对可以实现批量化生产的三维微加工技术的研究在MEMS研发和应用领域具有重要意义。灰度光刻技术和背面曝光微成型技术是批量化制作三维微结构的有效方法。灰度掩膜图的设计是灰度光刻技术重要组成部分,在应用灰度光刻技术的三维微器件制作领域中,受限于自由曲面灰度掩膜图的设计,通常只能加工出表面为初等解析曲面(如弧面、球面)的三维微结构,未能实现包含自由曲面的三维微结构的制作。背面曝光微针成型工艺是批量制作微针阵列的方法之一,但由于缺乏具体的理论研究,对于该方法的微针成型机理尚不明确,且目前利用该方法制作出的微针针尖尺寸不够小,倾斜度仍有增大的潜力。本文重点研究了灰度光刻技术中自由曲面灰度掩膜的设计方法和背面曝光微针成型工艺。 本文综合了计算机辅助制造(CAM)中直线插补逼近刀轨生成原理、灰度光刻技术的编码原理、铺路法的基本原理,提出了适合于自由曲面灰度掩膜图设计的算法。自由曲面灰度掩膜算法采用脉冲宽度和脉冲密度联合调制的方法,并配合修改后的铺路法来生成灰度掩膜图。 利用AutoCAD开发平台的二次开发工具ObjectARX,在Visual Studio2008开发环境下实现了算法的程序设计。利用微软提供的开发类库Microsoft Foundation Classes(MFC)设计了灰度掩膜系统设计界面。 利用自由曲面灰度掩膜系统设计出了四副自由曲面灰度掩膜图,给出了算例的评价标准和误差计算方法。结果表明,该算法可以有效地设计自由曲面灰度掩膜。本文的研究工作为自由曲面灰度掩膜的制作提供了技术积累。 利用标量角谱衍射理论在Matlab中进行了圆孔衍射模拟,确定了背面曝光微针成型工艺可用的最佳衍射光场范围,提出了背面曝光微针成型工艺的优化方法。根据上述理论,本文通过实验初步摸索了背面曝光微针成型工艺的基本参数,制作出的微针与其他研究者采用该方法制作的微针相比,针尖尺寸减小,并且倾斜角度增大。本文的研究工作为背面曝光微针成型工艺的进一步发展积累了经验。
【关键词】：灰度掩膜 自由曲面 灰度光刻 三维微结构 灰度编码 微针
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 三维微结构制作方法的研究现状9-12
• 1.2 灰度光刻技术发展现状概述12-16
• 1.3 微针制作技术发展现状概述16-18
• 1.3.1 微针及其分类16
• 1.3.2 微针制作工艺16-17
• 1.3.3 背面曝光微针成型工艺研究现状17-18
• 1.4 课题的研究内容18-20
• 2 自由曲面灰度掩膜设计方法20-26
• 2.1 灰度编码原理20-21
• 2.2 设计思想21-22
• 2.3 设计方法实现过程22-25
• 2.3.1 目标曲面设计及非线性校正的方法22-23
• 2.3.2 利用刀路模拟获得目标曲面模型的特征点23
• 2.3.3 自由曲面灰度掩膜图的改进铺路法23-24
• 2.3.4 灰度掩膜振幅调制编码方案24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 自由曲面灰度掩膜图程序设计26-30
• 3.1 开发平台及开发环境的选取26
• 3.2 系统的关键功能模块设计26-27
• 3.3 用户界面设计27-29
• 3.3.1 界面设计目的27-28
• 3.3.2 自由曲面灰度掩膜设计系统界面28-29
• 3.3.3 系统参数及运行情况说明29
• 3.4 本章小结29-30
• 4 灰度掩膜图设计实例30-34
• 4.1 算例及相关参数30-32
• 4.2 算例误差计算32
• 4.3 算例分析及评价32-33
• 4.4 本章小结33-34
• 5 背面曝光微针成型工艺原理34-44
• 5.1 圆孔衍射仿真及分析34-41
• 5.1.1 标量衍射的角谱理论34-36
• 5.1.2 建模仿真36-38
• 5.1.3 衍射仿真结果及分析38-41
• 5.2 微针制作原理41-43
• 5.3 本章小结43-44
• 6 微针制作44-57
• 6.1 实验材料及设备44-46
• 6.1.1 掩膜板设计44-45
• 6.1.2 基底材质选择45-46
• 6.1.3 其它实验材料及设备46
• 6.2 微针工艺流程46-50
• 6.2.1 实验方案确定46-48
• 6.2.2 工艺流程及实验方案48-50
• 6.3 微针制作实例及分析50-56
• 6.3.1 微针制作实例及分析50-52
• 6.3.2 微针制作中遇到的问题及分析52-55
• 6.3.3 微针制作工艺总结55-56
• 6.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 展望58-59
• 参考文献59-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 史俊锋,张光国,王东生;任意三维表面微型光器件的灰度光刻技术[J];微纳电子技术;2004年10期

2 许宝建,金庆辉,赵建龙;基于MEMS微针技术的研究现状与展望[J];微纳电子技术;2005年04期

3 沈修成;刘景全;王亚军;郭忠元;芮岳峰;;基于MEMS技术的异平面空心金属微针[J];传感技术学报;2009年02期

4 滕云;苑伟政;常洪龙;;面向三维实体建模的MEMS设计方法[J];传感技术学报;2011年03期

5 董贤子;段宣明;;双光子三维微结构快速制备技术[J];光学精密工程;2007年04期

  本文关键词：自由曲面灰度掩膜设计及微针工艺研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：294294