專利名稱：一種金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)及其制作方法，用于微光機(jī)電系統(tǒng)電路的非接觸控制。
背景技術(shù)：
隨著微納米技術(shù)的發(fā)展，微光機(jī)電系統(tǒng)(micro-optical-electro-mechanical system, M0EMS)作為微納米技術(shù)中一個(gè)重要的分支，已在世界各國得到迅速發(fā)展，并在諸 多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。微驅(qū)動(dòng)器是眾多MOMES中的重要組成部分，按驅(qū)動(dòng)原理的不同，常見 驅(qū)動(dòng)器可分為電磁驅(qū)動(dòng)型、靜電驅(qū)動(dòng)型、壓電驅(qū)動(dòng)型、熱膨脹驅(qū)動(dòng)型等。微開關(guān)是微驅(qū)動(dòng)器 眾多應(yīng)用中的一種。接觸式微開關(guān)的功耗低、隔離度高、線性度好，并且可以和其他電子器 件集成，因此正日益成為人們研究的熱點(diǎn)。利用電磁驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)或者電熱膨脹驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，雖然在諸 多場合得到廣泛應(yīng)用，但卻不可避免地需要引入外部驅(qū)動(dòng)電路。為此，本發(fā)明借鑒電熱驅(qū)動(dòng) 原理，采用激光作為驅(qū)動(dòng)源，將激光束進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的驅(qū)動(dòng) 臂上，利用金屬的光熱膨脹效應(yīng)使金屬微開關(guān)發(fā)生形變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，無需引入外部 驅(qū)動(dòng)電路，可以利用激光直接對(duì)微開關(guān)進(jìn)行非接觸控制。而且本發(fā)明中的金屬光熱驅(qū)動(dòng)微 開關(guān)采用同步輻射LIGA技術(shù)制備，微開關(guān)精度高，可進(jìn)行批量生產(chǎn)；導(dǎo)電性良好，可直接應(yīng) 用于電路，滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)等國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展各領(lǐng)域的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)及其制作方法。金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)包括激光器、聚焦透鏡、下基底、微懸臂、中心圓盤、懸臂觸 點(diǎn)、基底觸點(diǎn)、上基底。下基底上順次設(shè)有微懸臂、中心圓盤、懸臂觸點(diǎn)；基底觸點(diǎn)位于上基 底上，激光經(jīng)激光器和聚焦透鏡準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的中心圓盤上，中 心圓盤吸收激光的能量，向微懸臂傳導(dǎo)熱量，微懸臂局部溫度升高后向上伸長，從而使懸臂 觸點(diǎn)與基底觸點(diǎn)接觸，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)包括光器、聚焦透鏡、寬臂、窄臂、窄臂觸點(diǎn)、右基底觸點(diǎn)、左 基底、右基底；左基底右側(cè)壁設(shè)有寬臂、窄臂，窄臂上設(shè)有窄臂觸點(diǎn)，右基底上設(shè)有與窄臂觸 點(diǎn)相配合的右基底觸點(diǎn)，激光經(jīng)激光器和聚焦透鏡準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān) 的寬臂上，寬臂吸收激光的能量，局部溫度升高后向下偏轉(zhuǎn)，從而使窄臂觸點(diǎn)與右基底觸點(diǎn) 接觸，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的制作方法的步驟如下
1)用AutoCAD設(shè)計(jì)微開關(guān)圖紙；
2)以Si做框架、SiN做基膜、Ni做吸收膜按照?qǐng)D紙采用電子束光刻制作掩模圖形；
3)用聚甲基丙烯酸甲脂光刻膠涂在用作電鍍電極的金屬膜上，利用同步輻射X射線進(jìn)行光刻，在X光經(jīng)過掩?；姿丈涞降墓饪棠z部分，顯影后就被溶解掉，得到一個(gè)與掩模 結(jié)構(gòu)相同，厚度幾百微米、最小橫向?qū)挾冗_(dá)幾微米的三維立體膠結(jié)構(gòu)；
4)利用光刻膠下面的金屬層作電極進(jìn)行電鍍，將光刻膠形成的間隙用金屬填充，形成 一個(gè)與光刻膠圖形凹凸互補(bǔ)的穩(wěn)定金屬凹凸版圖，然后將光刻膠及附著的基底材料除掉， 得到塑鑄所用的金屬微開關(guān)；
5)通過金屬注塑板上的小孔將樹脂注入到模具的腔體內(nèi)，樹脂硬化后，去掉模具得到 一塑料微型結(jié)構(gòu)，在塑鑄完成的微型結(jié)構(gòu)上，電鍍微開關(guān)結(jié)構(gòu)，再去掉膠和注塑板，得到一 個(gè)有幾百微米厚、三維立體結(jié)構(gòu)的微開關(guān)毛坯；
6)對(duì)毛坯上下表面進(jìn)行拋光處理，得到金屬微開關(guān)成品；最后采用化學(xué)濺射法對(duì)金屬 微開關(guān)的表面進(jìn)行發(fā)黑處理。微開關(guān)的材料為導(dǎo)電性能良好的金屬，在基底連上導(dǎo)線后可直接作為開關(guān)在微光 機(jī)電系統(tǒng)電路中使用。激光器和聚焦透鏡共同構(gòu)成驅(qū)動(dòng)源，可以直接對(duì)微開關(guān)進(jìn)行非接觸 控制。將激光束進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的驅(qū)動(dòng)臂上，利用金屬的光熱 膨脹效應(yīng)使金屬微開關(guān)發(fā)生形變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。


圖1是金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)(I型)工作原理示意圖； 圖2是金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)(II型)工作原理示意圖3是金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)(I型)CAD設(shè)計(jì)圖實(shí)例； 圖4是金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)(II型)CAD設(shè)計(jì)圖實(shí)例； 圖5是同步輻射LIGA工藝流程圖； 圖6是整體系統(tǒng)框圖中激光器1、聚焦透鏡2、下基底3、微懸臂4、中心圓盤5、懸臂觸點(diǎn)6、基底觸點(diǎn)7、 上基底8、寬臂9、窄臂10、窄臂觸點(diǎn)11、右基底觸點(diǎn)12，左基底13、右基底14。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)(I型)包括激光器1、聚焦透鏡2、下基底3、微 懸臂4、中心圓盤5、懸臂觸點(diǎn)6、基底觸點(diǎn)7、上基底8 ；下基底3上順次設(shè)有微懸臂4、中心 圓盤5、懸臂觸點(diǎn)6 ；基底觸點(diǎn)7位于上基底8上，激光經(jīng)激光器1和聚焦透鏡2準(zhǔn)直聚焦后 照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的中心圓盤5上，中心圓盤5吸收激光的能量，向微懸臂4傳導(dǎo) 熱量，微懸臂4局部溫度升高后向上伸長，從而使懸臂觸點(diǎn)6與基底觸點(diǎn)7接觸，實(shí)現(xiàn)開關(guān) 功能。當(dāng)激光器1中發(fā)出的平行激光通過聚焦透鏡2會(huì)聚成一點(diǎn)，照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng) 微開關(guān)的中心圓盤5上，中心圓盤5吸收激光的能量，向微懸臂4傳導(dǎo)熱量，微懸臂4局部 溫度升高后產(chǎn)生一維的膨脹伸長量，而微懸臂4下端固定于基底，只能向上形變拱起中心 圓盤，從而使懸臂觸點(diǎn)6與基底觸點(diǎn)7接觸，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。如圖2所示，金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)(II型)包括光器1、聚焦透鏡2、寬臂9、窄臂10、 窄臂觸點(diǎn)11、右基底觸點(diǎn)12、左基底13、右基底14 ；左基底13右側(cè)壁設(shè)有寬臂9、窄臂10， 窄臂10上設(shè)有窄臂觸點(diǎn)11，右基底14上設(shè)有與窄臂觸點(diǎn)11相配合的右基底觸點(diǎn)12，激光經(jīng)激光器1和聚焦透鏡2準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的寬臂9上，寬臂9吸收 激光的能量，局部溫度升高后向下偏轉(zhuǎn)，從而使窄臂觸點(diǎn)11與右基底觸點(diǎn)12接觸，實(shí)現(xiàn)開 關(guān)功能。當(dāng)激光器1中發(fā)出的平行激光通過聚焦透鏡2會(huì)聚成一點(diǎn)，照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng) 微開關(guān)的，照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的寬臂9上，寬臂9吸收激光的能量，局部溫度升高 后產(chǎn)生一維 的膨脹，而與寬臂9末端相連的窄臂10沒有受熱膨脹，致使寬臂9 一維的膨脹 轉(zhuǎn)化為整個(gè)微開關(guān)向下偏轉(zhuǎn)，從而使窄臂觸點(diǎn)11與右基底觸點(diǎn)12接觸，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。如圖3、圖4所示，金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的結(jié)構(gòu)，是用AutoCAD設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際需 要，微開關(guān)長度可設(shè)計(jì)為500 5000微米，寬度為200 1000微米，厚度為40 100微米，觸點(diǎn) 間距為5 50微米。如圖5所示，金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的制作方法的步驟如下 金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的制作方法的步驟如下
1)用AutoCAD設(shè)計(jì)微開關(guān)圖紙；
2)以Si做框架、SiN做基膜、Ni做吸收膜按照?qǐng)D紙采用電子束光刻制作掩模圖形；
3)用聚甲基丙烯酸甲脂光刻膠涂在用作電鍍電極的金屬膜上，利用同步輻射X射線進(jìn) 行光刻，在X光經(jīng)過掩?；姿丈涞降墓饪棠z部分，顯影后就被溶解掉，得到一個(gè)與掩模 結(jié)構(gòu)相同，厚度幾百微米、最小橫向?qū)挾冗_(dá)幾微米的三維立體膠結(jié)構(gòu)；
4)利用光刻膠下面的金屬層作電極進(jìn)行電鍍，將光刻膠形成的間隙用金屬填充，形成 一個(gè)與光刻膠圖形凹凸互補(bǔ)的穩(wěn)定金屬凹凸版圖，然后將光刻膠及附著的基底材料除掉， 得到塑鑄所用的金屬微開關(guān)；
5)通過金屬注塑板上的小孔將樹脂注入到模具的腔體內(nèi)，樹脂硬化后，去掉模具得到 一塑料微型結(jié)構(gòu)，在塑鑄完成的微型結(jié)構(gòu)上，電鍍微開關(guān)結(jié)構(gòu)，再去掉膠和注塑板，得到一 個(gè)有幾百微米厚、三維立體結(jié)構(gòu)的微開關(guān)毛坯；
6)對(duì)毛坯上下表面進(jìn)行拋光處理，得到金屬微開關(guān)成品；最后采用化學(xué)濺射法對(duì)金屬 微開關(guān)的表面進(jìn)行發(fā)黑處理。整體系統(tǒng)框圖如圖6所示，采用同步輻射LIGA技術(shù)加工制備金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開 關(guān)；激光器發(fā)出功率和頻率可調(diào)的激光，用于控制金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的偏轉(zhuǎn)量和開關(guān)頻 率；金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)應(yīng)用于微光機(jī)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)具體電路的控制。
權(quán)利要求
1.一種金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)，其特征在于包括激光器(1)、聚焦透鏡(2)、下基底(3)、 微懸臂(4)、中心圓盤(5)、懸臂觸點(diǎn)(6)、基底觸點(diǎn)(7)、上基底(8)；下基底(3)上順次設(shè)有 微懸臂(4)、中心圓盤(5)、懸臂觸點(diǎn)(6);基底觸點(diǎn)(7)位于上基底(8)上，激光經(jīng)激光器(1) 和聚焦透鏡(2)準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的中心圓盤(5)上，中心圓盤(5)吸 收激光的能量，向微懸臂(4)傳導(dǎo)熱量，微懸臂(4)局部溫度升高后向上伸長，從而使懸臂 觸點(diǎn)(6)與基底觸點(diǎn)(7)接觸，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。
2.一種金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)，其特征在于包括光器(1)、聚焦透鏡(2)、寬臂(9)、窄臂 (10)、窄臂觸點(diǎn)(11)、右基底觸點(diǎn)(12)、左基底(13)、右基底(14)；左基底(13)右側(cè)壁設(shè)有 寬臂(9)、窄臂(10)，窄臂(10)上設(shè)有窄臂觸點(diǎn)(11)，右基底(14)上設(shè)有與窄臂觸點(diǎn)(11) 相配合的右基底觸點(diǎn)(12)，激光經(jīng)激光器(1)和聚焦透鏡(2)準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱 驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的寬臂(9)上，寬臂(9)吸收激光的能量，局部溫度升高后向下偏轉(zhuǎn)，從而使窄 臂觸點(diǎn)(11)與右基底觸點(diǎn)(12)接觸，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的制作方法，其特征在于它的步驟 如下1)用AutoCAD設(shè)計(jì)微開關(guān)圖紙；2)以Si做框架、SiN做基膜、Ni做吸收膜按照?qǐng)D紙采用電子束光刻制作掩模圖形；3)用聚甲基丙烯酸甲脂光刻膠涂在用作電鍍電極的金屬膜上，利用同步輻射X射線進(jìn) 行光刻，在X光經(jīng)過掩?；姿丈涞降墓饪棠z部分，顯影后就被溶解掉，得到一個(gè)與掩模 結(jié)構(gòu)相同，厚度幾百微米、最小橫向?qū)挾冗_(dá)幾微米的三維立體膠結(jié)構(gòu)；4)利用光刻膠下面的金屬層作電極進(jìn)行電鍍，將光刻膠形成的間隙用金屬填充，形成 一個(gè)與光刻膠圖形凹凸互補(bǔ)的穩(wěn)定金屬凹凸版圖，然后將光刻膠及附著的基底材料除掉， 得到塑鑄所用的金屬微開關(guān)；5)通過金屬注塑板上的小孔將樹脂注入到模具的腔體內(nèi)，樹脂硬化后，去掉模具得到 一塑料微型結(jié)構(gòu)，在塑鑄完成的微型結(jié)構(gòu)上，電鍍微開關(guān)結(jié)構(gòu)，再去掉膠和注塑板，得到一 個(gè)有幾百微米厚、三維立體結(jié)構(gòu)的微開關(guān)毛坯；6)對(duì)毛坯上下表面進(jìn)行拋光處理，得到金屬微開關(guān)成品；最后采用化學(xué)濺射法對(duì)金屬 微開關(guān)的表面進(jìn)行發(fā)黑處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)及其制作方法。本發(fā)明采用同步輻射LIGA技術(shù)制備了這種金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)，采用化學(xué)濺射法對(duì)金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的表面進(jìn)行了發(fā)黑處理以減小其對(duì)光的反射、增加其對(duì)光的吸收。采用激光作為驅(qū)動(dòng)源，將激光束進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦后照射到金屬光熱驅(qū)動(dòng)微開關(guān)的驅(qū)動(dòng)臂上，利用金屬的光熱膨脹效應(yīng)使金屬微開關(guān)發(fā)生形變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。系統(tǒng)包括激光器、聚焦透鏡、基底、膨脹臂、觸點(diǎn)等部分。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用LIGA技術(shù)制備，微開關(guān)精度高，可進(jìn)行批量生產(chǎn)；可以利用激光直接對(duì)微開關(guān)進(jìn)行非接觸控制；微開關(guān)導(dǎo)電性良好，可直接應(yīng)用于電路。
文檔編號(hào)G03F1/14GK102096190SQ20111002287
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者伊福廷, 張冬仙, 王波, 章海軍, 趙冬偉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)