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基于UV-LIGA技术的双层微齿轮模具镶块的工艺研究

作　者: 李燃灯
导　师: 秦宗慧
学　校: 华东理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: UV-LIGA 氧化铟锡 SU-8 双层微齿轮模具镶块
分类号: TQ320.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 57次
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内容摘要

随着MEMS技术的发展,人们对微型制件的需求越来越高。采用微注射成型技术获得的微型塑件,成型精度高,稳定性好,成本低,易成型,以及其材料本身良好的物理力学特性等诸多优点,决定了其在MEMS领域中的重要地位。微小型腔的加工质量作为微注塑成型的基础,直接影响最终注塑零件的形状、尺寸和精度。与LIGA技术相比,UV-LIGA技术具有加工成本低,周期短的优势,但在加工深度,深宽比和侧壁垂直度等方面存在不足。因此,研究改善UV-LIGA技术在加工深宽比和侧壁垂直度等方面的能力,具有重要的意义。本文以氧化铟锡(ITO)玻璃作为基底,采用UV-LIGA技术制作双层微齿轮型腔模具的镶块。首先,通过分析当前背板生长法和无背板生长法的优缺点,制定了双层微齿轮型腔的制作方案,包括基底材料的选取、双层微齿轮型腔的结构设计、工艺流程的制定和掩膜版的设计和制作。其次,通过实验研究了氧化铟锡(ITO)玻璃表面的涂胶厚度与转速的关系。采用正交优化方法,研究了前烘时间、曝光时间、后烘时间和降温速率对光刻质量的影响,并对单层SU-8胶的工艺参数进行了优化。分别采用两种电镀液,通过实验研究了ITO玻璃表面的电镀特性。最后,通过实验验证了双层微齿轮模具镶块制作的工艺流程,优化了其工艺参数。在双层微齿轮模具镶块的制作过程中,结合理论分析,对实验中出现的光刻和微电铸工艺问题进行讨论,采取了相应的有效措施,改善了双层微齿轮胶模的质量,解决了部分微电铸的工艺问题。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-20
  1.1 课题研究的背景  9-10
  1.2 微注塑模具型腔制造的研究现状  10-14
  1.3 UV-LIGA技术在微模具型腔制造中的研究现状  14-18
  1.4 本课题的主要研究内容  18-20
第2章 UV-LIGA工艺研究  20-36
  2.1 光刻工艺研究  20-21
  2.2 光刻胶及其特性  21-22
  2.3 RZJ-304正型光刻胶  22-24
    2.3.1 RZJ-3043工艺过程研究  22-23
    2.3.2 RZJ-304的工艺参数  23-24
  2.4 SU-8负型光刻胶  24-28
    2.4.1 SU-8工艺过程研究  24
    2.4.2 SU-8光刻工艺参数的研究  24-28
  2.5 微电铸工艺研究  28-32
    2.5.1 原理  28-29
    2.5.2 镀液的成分及作用  29-30
    2.5.3 工艺条件对微电铸的影响分析  30-32
    2.5.4 SU-8胶的热溶胀效应  32
  2.6 正交实验研究  32-35
    2.6.1 正交实验的概念  33
    2.6.2 正交表  33
    2.6.3 正交实验的方案和结果  33-34
    2.6.4 正交实验的直观分析  34-35
  2.7 本章小结  35-36
第3章双层微齿轮型腔的设计及制作方案  36-45
  3.1 基底材料的选取  37-38
  3.2 双层齿轮型腔的结构设计  38
  3.3 双层齿轮型腔工艺过程的制定  38-40
    3.3.1 ITO玻璃上镍掩膜图形的制作  38-39
    3.3.2 双层齿轮型腔的制作流程  39-40
  3.4 光学掩膜的设计与制作  40-43
  3.5 本章小结  43-45
第4章双层微齿轮模具镶块的实验研究  45-63
  4.1 实验设备  45
  4.2 实验材料与试剂  45
  4.3 SU-82075工艺参数的研究  45-51
    4.3.1 涂胶厚度与转速的关系  45-47
    4.3.2 单层SU-82075的工艺参数优化  47-49
    4.3.3 ITO导电玻璃上的微电铸研究  49-51
  4.4 镍掩膜图形的制作  51-53
  4.5 SU-8双层齿轮型腔镶块的制备  53-54
  4.6 实验中的主要问题与解决方案  54-62
    4.6.1 SU-8胶的气泡问题  54-55
    4.6.2 涂胶问题  55-56
    4.6.3 SU-8胶与基底的结合性问题  56
    4.6.4 边缘水珠效应问题  56-57
    4.6.5 前烘问题  57-58
    4.6.6 曝光和套刻对准的问题  58-59
    4.6.7 后烘问题  59
    4.6.8 胶层显影脱落现象  59
    4.6.9 SU-8胶的去除  59
    4.6.10 电镀问题  59-62
  4.7 本章小结  62-63
第5章结论与展望  63-65
  5.1 结论  63
  5.2 展望  63-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间发表的论文情况  71

基于UV-LIGA技术的双层微齿轮模具镶块的工艺研究

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