基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法，所示基于异质驱动单元的微型热力阵列，包括：衬底，所述衬底上设有呈阵列状布置的多个微驱动器，所述微驱动器包括设于衬底表面上的薄膜电阻加热器以及导热硅柱，所述薄膜电阻加热器的表面设有聚合物驱动结构层，且所述导热硅柱内嵌于聚合物驱动结构层的内部。本发明专利技术能够改善内部热场分布均匀性和传输速度，有效提升热驱动的效率，能够显著的改善聚合物内部的温度场分布的均匀性，充分发挥聚合物的热膨胀系数大的优点，最大效率的提升驱动效率，提升驱动结构末端响应位移，能够实现对典型的微机电系统结构(如薄板等)加工误差或面外变形的精准调控/矫正。

【技术实现步骤摘要】
基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法
本专利技术涉及微机电系统
，特别是涉及一种基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法。
技术介绍
微机电系统(MEMS)器件常用的主动调控技术有静电驱动、压电驱动和热驱动等。静电调控技术可实现对MEMS器件变形的调控，由于静电吸合及动态调节范围限制等使其应用受到制约。压电驱动是应用非常普遍的驱动方式，但较大工作电压成为应用的瓶颈所在。相对而言，热驱动方式具备静态位移大、驱动力强、易于集成等特点。目前，常用方法是通过在四支撑梁上布置微驱动器调控平板结构位移，但这种方式只能实现结构上下平动不具备调控局部变形的能力。通常选择SU8光刻胶作为执行材料，其以稳定的机械和化学特性在MEMS领域得到了广泛应用。由于其独特的工艺特性及在制备高深宽比3D结构场合展现了独特优势，SU8具备聚合物材料典型的热膨胀系数大而得到广泛应用，如微夹持机构、操控平台及微变形镜等。但传统的方式存在热响应时间比较长，为了提高热响应速度需改善驱动单元内部的温度场分布和响应时间等。因此，选择具有大膨胀系数的环氧树脂胶的聚合物作为驱动材料时，虽然具有驱动电压低和驱动位移大等显著优点，然而热传导系数慢、温度场分布不均匀等问题限制了其进一步应用。特别是聚合物驱动单元尺寸较大时，热量从热源一端向执行器末端传导，由于热导率低或热容大等原因导致热响应时间比较长，进而使驱动效果不能充分发挥和热驱动器末端位移小，达到稳态需要较长的时间，因此这会在很大程度上影响设计的驱动效果的发挥。专利技术内容有鉴于此，本专利技术提供了一种基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法，能够改善驱动单元内部热场分布均匀性和传输速度，有效提升热驱动的效率，充分发挥聚合物的热膨胀系数大的优点，最大效率的提高驱动效率，提升驱动结构末端位移响应。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于异质驱动单元的微型热力阵列，包括：衬底，所述衬底上设有呈阵列状布置的多个微驱动器，所述微驱动器包括设于衬底表面上的薄膜电阻加热器以及导热硅柱，所述薄膜电阻加热器的表面设有聚合物驱动结构层，且所述导热硅柱内嵌于聚合物驱动结构层的内部。可选的，所述衬底为玻璃衬底。可选的，所述薄膜电阻加热器为Ti薄膜电阻加热器，所述衬底上设有薄膜电阻加热器的电连接端子，所述Ti薄膜电阻加热器和实时电连接端子之间的导电膜引线为由Al薄膜、Ti薄膜构成的双层结构，所述Al薄膜作为导电层沉积在Ti薄膜上。可选的，所述Ti薄膜电阻加热器为由Ti薄膜构成弯曲的蛇形走线结构。可选的，所述导热硅柱为采用干法刻蚀制备后与衬底1阳极键合连接。可选的，所述聚合物驱动结构层为环氧树脂。可选的，所述阵列状布置为环形阵列、线性阵列、放射性阵列中的任一种。第二方面，本专利技术实施例还提供一种前述基于异质驱动单元的微型热力阵列的制备方法，包括：S1、将衬底进行清洗和干燥处理；S2、在衬底上制备薄膜电阻加热器；S3、采用掩膜制备带有导热硅柱的晶圆片；S4、将带有薄膜电阻加热器的衬底、晶圆片进行键合；S5、按照制备带有导热硅柱的晶圆片的原有的掩膜进行晶圆片的背面刻蚀，直到晶圆片被完全刻蚀穿；S6、在衬底的薄膜电阻加热器和导热硅柱上方涂覆聚合物形成聚合物驱动结构层，在通过掩模版对聚合物驱动结构层进行光刻后，在显影液中进行显影处理；S7、进行激光划片切割得到可用于和待调控器件进行集成的成品。可选的，S2的详细步骤包括：S21、通过磁控溅射工艺先在衬底上沉积一层Ti薄膜，再通过磁控溅射工艺在Ti薄膜上再沉积一层Al薄膜；S22、在Al薄膜表面旋涂光刻胶，利用第一掩模版进行光刻图形化处理，先在铝腐蚀液中刻蚀除去Al薄膜的多余部分，再在钛腐蚀液中刻蚀除去Ti薄膜的多余部分，使得制备形成由Al薄膜、Ti薄膜构成的双层结构；S23、利用第二掩模版进行光刻图形化处理，在所述由Al薄膜、Ti薄膜构成的双层结构中薄膜电阻加热器对应位置处去除多余的Al薄膜形成作为薄膜电阻加热器的Ti薄膜电阻加热器。可选的，S3的详细步骤包括：S31、准备单晶硅制成的晶圆片，所述晶圆片进行双面甩胶、光刻；S32、对晶圆片进行背面光刻，并制备掩膜；S33、采用掩膜对晶圆片进行单面干法刻蚀直至预定的深度值。籍由上述技术方案，本专利技术提供的基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法，基于异质驱动单元的微型热力阵列的微驱动器包括设于衬底表面上的薄膜电阻加热器以及导热硅柱，薄膜电阻加热器的表面设有聚合物驱动结构层，且导热硅柱内嵌于聚合物驱动结构层的内部，通过在聚合物驱动结构层内部集成具有高热导率和低热容量的导热硅柱作为热传导材料，导热硅柱具有较高的热导率和较低的热容，因此驱动热源的热量经导热硅柱可快速传导至驱动结构的末端，提升热响应速度，能够克服采用单一的聚合物的驱动结构热响应慢、温度分布不均匀问题，显著改善内部热场分布均匀性和传输速度，有效提升热驱动的效率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了本专利技术实施例提供的一种微型热力阵列的剖视结构示意图；图2示出了本专利技术实施例提供的一种微驱动器的剖视结构示意图；图3示出了本专利技术实施例提供的一种薄膜电阻加热器及其导电膜引线的立体分解结构示意图；图4示出了本专利技术实施例提供的一种薄膜电阻加热器及其导电膜引线的等效电路图；图5示出了本专利技术实施例提供的一种阵列状布置的多种情况示例；图6示出了本专利技术实施例提供的一种制备方法的过程状态示意图；图7示出了本专利技术实施例提供的一种基于异质驱动单元的微型热力阵列制备方法的流程图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术实施例提供一种基于异质驱动单元的微型热力阵列，如图1和图2所示，本专利技术实施例基于异质驱动单元的微型热力阵列包括衬底1，衬底1上设有呈阵列状布置的多个微驱动器2，微驱动器2包括设于衬底1表面上的薄膜电阻加热器21以及导热硅柱22，薄膜电阻加热器21的表面设有聚合物驱动结构层23，且导热硅柱22内嵌于聚合物驱动结构层23的内部。本专利技术衬底上设有呈阵列状布置的多个微驱动器，可通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，包括：/n衬底，所述衬底上设有呈阵列状布置的多个微驱动器，所述微驱动器包括设于衬底表面上的薄膜电阻加热器以及导热硅柱；/n所述薄膜电阻加热器的表面设有聚合物驱动结构层，且所述导热硅柱内嵌于聚合物驱动结构层的内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底上设有呈阵列状布置的多个微驱动器，所述微驱动器包括设于衬底表面上的薄膜电阻加热器以及导热硅柱；
所述薄膜电阻加热器的表面设有聚合物驱动结构层，且所述导热硅柱内嵌于聚合物驱动结构层的内部。


2.根据权利要求1所述的基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，所述衬底为玻璃衬底。


3.根据权利要求1所述的基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，
所述薄膜电阻加热器为Ti薄膜电阻加热器，所述衬底上设有薄膜电阻加热器的电连接端子，所述Ti薄膜电阻加热器和实时电连接端子之间的导电膜引线为由Al薄膜、Ti薄膜构成的双层结构，所述Al薄膜作为导电层沉积在Ti薄膜上。


4.根据权利要求3所述的基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，所述Ti薄膜电阻加热器为由Ti薄膜构成弯曲的蛇形走线结构。


5.根据权利要求1所述的基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，所述导热硅柱为采用干法刻蚀制备后与衬底1阳极键合连接。


6.根据权利要求1所述的基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，所述聚合物驱动结构层为环氧树脂。


7.根据权利要求1所述的基于异质驱动单元的微型热力阵列，其特征在于，所述阵列状布置为环形阵列、线性阵列、放射性阵列中的任一种。


8.一种前述基于异质驱动单元的微型热力阵列的制备方法，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴华，覃江毅，曹璐，庹洲慧，范广腾，冉德超，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11