基于复合掩膜的喷砂微加工工艺研究

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1、上海交通大学硕士学位论文基于复合掩膜的喷砂微加工工艺研究硕士研究生：王亚学号：1113409016导师：赵小林教授副导师：丁桂甫教授申请学位：工学硕士学科：电子科学与技术所在单位：微纳科学技术研究院答辩日期：2014年1月授予学位单位：上海交通大学万方数据上海交通大学硕士学位论文DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterResearchofPowderBlastingMicro-machiningTechnologyBasedonCompositeMaskCandidate：YaWangStuden

2、tID:1113409016Supervisor：Prof.XiaolinZhaoAssistantSupervisor:Prof.GuifuDingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：ElectronicScienceandTechnologyResearchInstituteofMacro/NanoAffiliation：ScienceandTechnologyDateofDefence：Jan,2014Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity-2-万方

3、数据上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《基于复合掩膜的喷砂微加工工艺研究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日-3-万方数据上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查

4、阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日-4-万方数据上海交通大学硕士学位论文-5-万方数据上海交通大学硕士学位论文基于复合掩膜的喷砂微加工工艺研究摘要相对于传统的玻璃微加工方法，玻璃喷砂微细加工工艺由于相对刻蚀效率高、成本低等优点，越来越受到重视。但是由于各种技术难题，喷砂微细刻蚀的制备效率仍不足。因此对于高效率的玻璃喷砂深刻蚀加工工艺的研究成为MEMS制

5、造领域的研究热点。本文围绕高可靠性的玻璃喷砂深刻蚀加工工艺展开研究，主要研究工作如下：首先，对喷砂刻蚀工艺中的关键技术因素展开详细分析。其一：掩膜材料的选取。在各种材料的塑性与脆性刻蚀机理分析基础上，结合对铜与PDMS材料性能的研究，合理设计四种新型掩膜结构。其二：刻蚀参数的影响。通过对关键刻蚀参数对喷砂刻蚀影响的详细研究分析，为接下来的喷砂实验提供理论指导。其次，基于非硅微加工工艺，实验加工制备了四种新型结构掩膜：金属铜掩膜、柔性PDMS掩膜、带铜柱铆钉结构的PDMS掩膜和基于铜和PDMS的双层复合结构掩膜。通过工艺设计改进了铜与玻璃基底的结合强度，改进掩膜结构提高了刻蚀基片表面形貌完整度，

6、摸索出了一套高可靠性和合格率的复合掩膜制备新方法。最后，对玻璃刻蚀微加工的基本规律进行系统研究。全面探讨优化了PDMS材料的制备方案，分析各掩膜的耐刻蚀性能、刻蚀比、结合力等的性能表现。并且对图形尺寸、砂材粒径、空气压强对刻蚀效果的影响展开深入研究。并优化刻蚀参数，实现了500μm深玻璃微通孔阵列的制备。实验结果表明：PDMS双组分溶剂按10：1质量配比，在100℃、150℃、200℃环境中各热聚合2h可获取较好柔韧性；掩膜开口孔径从200μm增加到1000μm时，气流稳定层引起的刻蚀滞后逐渐减弱，平-6-万方数据上海交通大学硕士学位论文均刻蚀速率提升了1.5倍以上；砂材颗粒度从30μm下降到

7、20μm，刻蚀速率降低，但刻蚀结果的表面形貌完整度得到提高；当压缩气压从0.1MPa升至0.2MPa，刻蚀速率变化显著，提升了近5倍。综上所述，基于金属和PDMS柔性材料的双层复合结构掩膜的喷砂刻蚀方法在玻璃材料深孔刻蚀方面具有良好的效果。通过进一步优化掩膜制备工艺和刻蚀参数，已实现对玻璃微通孔阵列的制备。关键词：喷砂刻蚀，掩膜结构，PDMS，玻璃基体-7-万方数据上海交通大学硕士学位论文RESE