三維金屬微結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro Electro Mechanical System)的發(fā)展，為了滿足功能和裝配等方面的要求，很多元器件都需要具有斜面、自由曲面等三維微結(jié)構(gòu)。三維微結(jié)構(gòu)器件相對(duì)很多一維二維微結(jié)構(gòu)器件具有很多優(yōu)異的特點(diǎn)，比如精度高，靈敏度高和功耗低等。MEMS主要采用以硅為主體的材料，但是在很多的MEMS中，為了提高性能或者得到特定性能，必須采用金屬微結(jié)構(gòu)或元器件代替部分硅結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者采用全金屬微結(jié)構(gòu)和元器件。金屬微

2、結(jié)構(gòu)已在微小模具、微小型柔性接觸探針等方面得到了初步應(yīng)用。因此對(duì)三維金屬微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究具有非常重要的意義。
　　本文致力于三維金屬微結(jié)構(gòu)的研究，總結(jié)提出了三種制備三維微結(jié)構(gòu)的方法；應(yīng)用其中最佳的方法研究了三維金屬微結(jié)構(gòu)在熱風(fēng)速計(jì)和三維探針等方面的應(yīng)用；以三維探針為例進(jìn)行了工藝加工和后續(xù)的測(cè)試，結(jié)果驗(yàn)證了我們的仿真結(jié)論。本文的主要工作如下：
　　(1)三種制備三維微結(jié)構(gòu)的方法分別為應(yīng)力釋放形成三維微結(jié)構(gòu)、直接鍵合形成三維微結(jié)構(gòu)

3、和臺(tái)階釋放形成三維微結(jié)構(gòu)。在應(yīng)力釋放形成三維微結(jié)構(gòu)的方法中，研究得到磁控濺射所得薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與濺射壓強(qiáng)、濺射功率和濺射類型等因素有直接的關(guān)系，因此完美控制薄膜的應(yīng)力釋放形成三維微結(jié)構(gòu)是非常困難的；在直接鍵合形成三維微結(jié)構(gòu)的方法中，研究得到直接鍵合受到空洞的影響比較嚴(yán)重，并且由于制造三維結(jié)構(gòu)時(shí)鍵合的硅片面積較小，所以目前的應(yīng)用不是非常廣泛；在臺(tái)階釋放形成三維微結(jié)構(gòu)的方法中，研究得到直接在一個(gè)襯底上加工出臺(tái)階代替第二種方法的直接鍵合，在臺(tái)

4、階上濺射薄膜結(jié)構(gòu)層代替第一種方法的應(yīng)力釋放，從而可以制備較好的三維微結(jié)構(gòu)。
　　(2)建模仿真了熱風(fēng)速計(jì)和三維探針并分別得到了熱分布圖和力學(xué)性能。從熱分布圖可以發(fā)現(xiàn)，三維熱風(fēng)速計(jì)相對(duì)二維熱風(fēng)速計(jì)具有精度高，靈敏度高和功耗低等優(yōu)異特點(diǎn)；從力學(xué)性能可以發(fā)現(xiàn)，三維探針的彈性形變區(qū)域的針尖位移量達(dá)到我們5～10μm的要求，并且可以根據(jù)實(shí)際的要求制備不同排列方式和排列密度的探針卡。
　　(3)對(duì)三維探針進(jìn)行了工藝加工和芯片測(cè)試，得到了