一种微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，首先在平整的基体表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具，然后将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物通过挤压填充一次性微模具的空隙处，使填充物略高出微模具上表面，然后在永磁体磁场中固化，接着对固化后的复合结构采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以上的部分，使永磁体层达到设定的厚度，最后选择性去除一次性平面微模具，形成结构尺寸和位置都可以精确控制的永磁体微结构。本发明专利技术拥有较好的尺寸控制精度，并且具有与常规微加工工艺兼容。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种微加工
的制造方法，具体是一种微机电系统的 永磁体微结构集成的制造方法。技术背景基于电磁作用原理的微驱动器是微机电系统(MEMS)常用的驱动部件之一， 各种电磁MEMS器件如电磁微马达、电磁微执行器、电磁驱动的微泵、电磁型微开 关、磁敏微传感器、电磁驱动微系统等受到了广泛重视和系统研究，这一类微器 件和微系统被统称为磁性MEMS 。在众多的磁性MEMS器件和系统中，磁性材料发挥着关键作用。包括软磁和永 磁材料，为了适应器件和系统微型化的整体要求，必须以微结构的形成适当地融 入器件之中，这样，传统的磁性材料加工制造技术就难以满足磁性MEMS设计和制 造的要求，特别是永磁体微结构的集成制造技术尤其不同，为此，研究人员开发 了一系列永磁体微结构成型加工工艺。经对现有技术的文献检索发现，在现有的 加工工艺中，常用的精密机械单个加工工艺、掩模电镀工艺和干法薄膜沉积再图 形化工艺都存在一定的缺点。经对现有技术的文献检索发现，Yu. I. Rozenberga等在Journal of Magnetism and'Magnetic Materials (磁学与磁性材料杂志)第305巻(2006) 第 357 - 360页发表的论文Resin-bonded permanent magnetic films with out-of-plane magnetization for MEMS applications(垂直磁化的树月旨粘结 永磁体薄膜及其在微机电系统中的应用)，提出了将永磁体粉末与粘结树脂的混合物通过丝网印刷制作成永磁体微结构，在一定程度上解决了批量加工和制造成 本的问题，永磁体微结构的磁性能也能够在一定范围内适当调节，但是，丝网印 刷工艺的加工尺寸和位置控制精度都不高，与微加工集成制造工艺不能够匹配， 仅适合平面尺寸比较大的永磁体微结构成型制造，所以在集成制造的MEMS器件中 很少得到应用。
技术实现思路
本专利技术为了克服适用于MEMS器件的永磁体微结构低成本高精度集成制造所 存在的困难，提出了一种，使其既能 够实现与常规集成制造工艺相当的高精度，又能够较大范围内适当调节永磁体的 磁性能，同时具有相对低成本批量加工能力。本专利技术是通过以下技术方案实现的首先在平整的基体表面借助光刻方法制 作一次性平面型微模具，然后将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物 通过挤压填充一次性微模具的空隙处，使填充物略高出微模具上表面，再在永磁 体磁场中固化，接着对固化后的复合结构采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以 上的部分，使永磁体层达到设定的厚度，最后选择性去除一次性平面微模具，形 成结构尺寸和位置都可以精确控制的永磁体微结构(阵列)。本专利技术所采用的相应步骤的进一步技术措施如下第一步在平整的基体表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具。 本专利技术的加工方法要求基片的表面平整度能够满足微米级光刻精度的要求， 此外基片要具有一定的机械强度以维持加工过程中整体结构的稳定性。其中，表 面平整度要求与待加工的微结构厚度和线宽有关，待加工的永磁体微结构越厚，对基片表面平整度的要求越低， 一般情况下永磁体的厚度会显著大于10um，所以， 基片的平均粗糙度小于lum即可，具有一定粗糙度的表面有利于提高永磁体与基 片的结合力；机械强度的要求主要体现在基片的材料种类选择和厚度选择方面，一般常见 的衬底材料如玻璃、单晶硅、陶瓷、金属、复合材料甚至聚合物等都可以作为基 片材料，只要能够在工艺过程中能够保持化学稳定性即可，这种对衬底不敏感的 特性为该工艺的广泛适用性奠定了基础。基片的厚度足以在永磁体填充、挤压和 研磨过程中保证不会发生严重变形即可， 一般刚度较大的材料lmm以上即可，聚 合物或者较软的金属则要较厚，比如2mm以上。用于永磁体微结构成型的一次性平面微模具的微结构与将要制备的永磁体 微结构成互补关系，也就是平面微模具的空隙处就是将要形成永磁体微结构的位 置，其定位f度和尺寸控制精度直接决定了永磁体微结构原位成型的能力，所以 必须选择基于微加工技术的高精度制备方法。根据工艺兼容性的需要， 一次性的平面微模具既可以直接由光刻胶构成，也 可以是通过光刻胶转换而得到的金属或者其它材料微结构，选择的依据在于该模 具在使用过程中能否能够经受住磁粉一胶粘剂混合物涂覆、挤压、研磨等后续加 工，并且在需要的时候能够选择性刻蚀去除而不会损坏永磁体以及关联结构。在大多数情况下，容易清除的光刻胶微模具就能够满足要求。光刻胶微模具 的优势在于具有充分的工艺兼容性，且工艺过程简单成本低，缺点是结构强度低， 可能在后续加工中受损，从而影响待成型永磁体的结构完整性；此外，还有可能 存在光刻胶与部分黏合剂不兼容的问题，也就是说光刻胶无法耐受黏合剂的作用 而被腐蚀或者溶解，破坏了微模具结构的完整性，这样被复制的永磁体微结构的 完整性同样难以得到保证。当光刻胶微模具不能满足要求时，可以通过光刻胶掩模电镀工艺制作金属微 模具。各种能够电镀的金属都可以作为微模具材料，如铜、镍、铁镍、锌、铁等。 这些材料都具有足够高的机械强度，也不会被有机黏合剂所腐蚀。金属微模具的 厚度决定于光刻和不同材料掩模电镀的能力， 一般在1微米一500微米范围内，可 以根据需要选择不同的光刻和电镀材料组合实现。选择金属微模具同样面临一些难题，主要是金属模具在永磁体形成以后的选 择性清除问题。因为有多种金属材料可供选择，所以找到能够与永磁体微结构实 现选择性刻蚀的合适金属材料通常并不困难，比如电镀锌就是能够在弱酸和碱性 条件下较快刻蚀的活泼金属。此外，对于大部分MEMS应用，永磁体微结构通常是镶嵌在填充介质中间的， 也就是处于前述工艺中没有去除微模具的状态，这样以来如果选择整体设计中的 填充介质作为微模具，就不需要在工艺的最后一步去除微模具。这种情况下，除 了光刻胶之外的其它聚合物以及各种无机物都可以成为制作微模具的材料，如聚 酰亚胺、SU—8胶、环氧树脂、氧化铝、聚甲级丙烯酸甲酯、金属铜等，不添加 磁粉的黏合剂固化物作为微模具尤为合适。第二步将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物通过挤压填充一次性微模具的空隙处。膏状混合物是由磁粉和黏合剂混合形成，磁粉与黏合剂之间的质量比在10: 1一1: l之间，磁粉是钐钴系或者铁氧体系的永磁体粉，或者是聚合物包覆的钕 铁硼永磁伴粉，粉体的颗粒直径在20—0. 1微米之间。磁粉的种类和性质根据目标永磁体的性能要求确定， 一般性要求与常规粘结 永磁体制备工艺相同。用于制造粘结永磁体的各种预先处理的磁粉都可以使用，如包覆钕铁硼磁 粉、铁氧体磁粉、钐钴合金磁粉等。参照粘结永磁体的磁性能与材料构成关系规 律，考虑磁粉与黏合剂混合物的成型性，确定磁粉与黏合剂的配比。黏合剂比例 越低，越有利于提高永磁体的磁性能，但是比例太低难以保证混合物的成型性， 也不利于保证永磁体微结构在使用过程中的稳定性。最常用的黏合剂是环氧树脂黏合剂，因为它们通常可以通过与固化剂的常温 化学反应而实现固化。此外还可以采用热固性树脂。选择热固性树脂必须考虑磁粉的耐温特性，像 钕铁硼等高性能磁粉，它们可以耐受的最高温度较低，通常难以采用热固性树脂 作为黏合剂。紫外本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特征在于，包括以下步骤： 首先在平整的基体表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具； 然后将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物通过挤压填充一次性微模具的空隙处，使填充物高出微模具上表面； 再在永磁体磁场中固化； 接着对固化后的复合结构采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以上的部分，使永磁体层达到设定的厚度； 最后选择性去除一次性平面微模具，形成永磁体微结构。
【技术特征摘要】
1、一种微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特征在于，包括以下步骤首先在平整的基体表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具；然后将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物通过挤压填充一次性微模具的空隙处，使填充物高出微模具上表面；再在永磁体磁场中固化；接着对固化后的复合结构采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以上的部分，使永磁体层达到设定的厚度；最后选择性去除一次性平面微模具，形成永磁体微结构。2、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述一次性平面型微模具是通过光刻工艺图形化的光刻胶微结构，或是通 过掩模电镀工艺制作的金属微结构，微模具的单层厚度在1微米到500微米之间。3、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述的一次性平面微模具，其材料包括能够直接光刻图形化的各种光刻胶 和非光刻胶类聚合物材料，以及能够采用掩模电镀成型的各种金属材料中的一 种。4、 如权利要求3所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述的非光刻胶类聚合物材料为环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺。5、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁桂甫，姚锦元，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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