一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：（1）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；（2）刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；（3）镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；（4）钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；（5）去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。本发明专利技术提供的弹片或弹性接触器制备工艺简单，干法刻蚀、镀膜，几乎不污染环境，克服了电铸工艺以及化学腐蚀工艺污染环境的缺点，加工效率高，能够保证尺寸与加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法
本专利技术属于微机电
，具体涉及一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法。
技术介绍
随着微机电系统广泛应用于各类行业，微机电系统接触性能的可靠性越来越受到人们重视，在可分离的弹性接触器的导电性能、弹性、使用寿命上产生了很多问题。纳米弹簧、弹簧针、微弹簧片等其他微纳弹簧器件已经制备出来，他们可以实现两个微纳器件，或者芯片与基体之间产生弹性连接。可是，没有一种通用的弹性接触器件能够达到所有的设计性能要求，甚至在一个具体应用的元器件上，一些弹性接触器也达不到使用的性能的要求。在工业生产中，可以采用3D打印技术、激光切割技术，制备出微纳弹片，但是，这两种技术加工效率较低；采用冲压模具加工，容易产生毛刺，同时，冲压模具很难达到直径为50μm左右器件的加工精度；电铸工艺以及化学腐蚀工艺污染环境。由于这些弹性器件广泛应用在线性马达、电机、医疗、物探设备精密零件等装置上，微型电子电路接触的可分离弹性接触器是一个急需解决的问题。深圳卓力达主要采用铍铜湿法蚀刻加工的方式进行加工制备出二维的弹片，但是，光刻，湿法腐蚀很难做出三维弹片。专利号US7371073B2中论述了三维弹片的制备方法，它首先利用等离子刻蚀设备，在Si基体上刻蚀出圆柱状台阶，然后将圆柱状台阶刻蚀成半圆球状，利用半圆球凸台的外表面，作为基体制备接触弹片。其缺点为圆柱状台阶刻蚀成半圆球状凸台这道工艺难以控制，半圆球凸台表面的粗糙度大，不利于脱模。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；(5)去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。所述步骤(1)中，利用化学膜层光刻胶掩膜，采用厚胶工艺，在Si基体上表面涂上7-10μm厚的光刻胶，再通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形。所述强光照射的曝光照度为10-15W/cm2，曝光时间选择为20-30s。所述步骤(2)中刻蚀工艺条件为：上电极功率为400-600W，下电极功率为50-200W，SF6气体流量为40-60sccm，气压为10-20Pa，刻蚀时间3-4h。当步骤(2)中的Si槽刻蚀深度大于200μm，步骤(1)中采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备掩膜。所述物理气相沉积法制备掩膜具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.5-0.8Pa，电流200-400W，Ar气流量为40-60sccm，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。所述化学气相沉积法制备掩膜具体为：在PECVD化学气相沉积镀膜机上，使用SiH4和N2O反应生成SiO2，其中SiH4和N2O的比例为6:1，气压3-5Pa，功率为300-400w，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。所述步骤(3)中的铜合金为CuTiSi合金或CuSn合金。所述步骤(3)中的镂空镀膜采用磁控溅射的方法进行，当铜合金为CuTiSi合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.5-0.8Pa，CuTi合金靶材电流400-600W，Si靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm；当铜合金为CuSn合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Sn靶材，Cu靶材，采用直流共溅射模式制备CuSn合金，气压0.5-0.8Pa，Cu靶材电流400-600W，Sn靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm。所述步骤(5)中的物理方法具体为：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体；化学方法具体为：在NaOH溶液中浸泡，使弹性接触器与Si基体剥离。相对于现有技术，本专利技术提供的弹片或弹性接触器制备工艺简单，干法刻蚀、镀膜，几乎不污染环境，克服了电铸工艺以及化学腐蚀工艺污染环境的缺点，加工效率高，能够保证尺寸与加工精度。本专利技术半圆球凹槽的粗糙度可以控制在40nm以内，有利于脱模，克服了冲压模具加工，容易产生毛刺的缺点。本专利技术采用光刻、刻蚀技术，提高了加工效率，克服了激光刻蚀加工效率低的问题。本专利技术是在高气压条件下，制备出半圆球凹槽，利用半圆球凹槽的内表面作为基体制备接触弹片，减少了工艺流程，提高了加工效率。附图说明图1是Si基体光刻掩膜后的结构示意图。图2是Si基体刻蚀后的结构示意图。图3是Si基体半圆球形硅槽内镂空镀膜后的结构示意图。图4是将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上后的结构示意图。图5是去除Si基体后的结构示意图。图6是弹性接触器单片的结构示意图。图7是现有的弹性接触器和实施例2制备的弹性接触器的测试数据对比图。具体实施方式CuTiSi合金各组成成分的百分比为：Ti8.0-12％，Si3.0％，杂质含量不大于0.05％，余量为Cu；CuSn合金各组成成分的百分比为：Sn：6.0-7.0％，杂质含量不大于0.05％，余量为Cu。实施例1：一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体可以选择PCB电路板板材，或者高绝缘的石英SiO2晶片；(5)去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。步骤(1)中，利用化学膜层光刻胶掩膜，采用厚胶工艺，在Si基体上表面涂上7-10μm厚的光刻胶，再通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形。强光照射的曝光照度为10-15W/cm2，曝光时间选择为20-30s。化学膜层光刻胶掩膜具体为：采用AZ系列正性光刻胶制备掩膜层。正性光刻胶一般由基质树脂、光敏混合物、有机溶剂三部分组成，光敏混合物PAC以及感光树脂在紫外线的照射下发生分解反应。分子空间结构发生重排，生成了茚酮。茚酮在碱性显影液中被溶解掉，没有被曝光的区域遗留下来，生成了掩膜层。工艺如下，a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度400-600r/min，时间6-8s；正常速度1000-2000r/min，时间10-15s；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为100-120℃，时间200-300s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为10-15W/cm2，曝光时间为20～30s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀。ICP刻蚀机的原理为，上电极离解出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：（1）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；（2）刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；（3）镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；（4）钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；（5）去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。

【技术特征摘要】
1.一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：（1）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；（2）刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；（3）镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；（4）钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；（5）去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。2.根据权利要求1所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，利用化学膜层光刻胶掩膜，采用厚胶工艺，在Si基体上表面涂上7-10μm厚的光刻胶，再通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形。3.根据权利要求2所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：所述强光照射的曝光照度为10-15W/cm2，曝光时间选择为20-30s。4.根据权利要求1所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中刻蚀工艺条件为：上电极功率为400-600W，下电极功率为50-200W，SF6气体流量为40-60sccm，气压为10-20Pa，刻蚀时间3-4h。5.根据权利要求1所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：当步骤（2）中的Si槽刻蚀深度大于200μm，步骤（1）中采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备掩膜。6.根据权利要求5所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：所述物理气相沉积法制备掩膜具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.5-0.8Pa，电流200-400W，Ar气流量为40-60sccm，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云飞，高志廷，孔一君，倪增磊，喻恵武，高志超，王建雨，
申请(专利权)人：河南机电职业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41