CN107565252B - 一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：（1）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；（2）刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；（3）镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；（4）钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；（5）去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。本发明提供的弹片或弹性接触器制备工艺简单，干法刻蚀、镀膜，几乎不污染环境，克服了电铸工艺以及化学腐蚀工艺污染环境的缺点，加工效率高，能够保证尺寸与加工精度。
Description
技术领域
本发明属于微机电技术领域，具体涉及一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法。
背景技术
随着微机电系统广泛应用于各类行业，微机电系统接触性能的可靠性越来越受到人们重视，在可分离的弹性接触器的导电性能、弹性、使用寿命上产生了很多问题。纳米弹簧、弹簧针、微弹簧片等其他微纳弹簧器件已经制备出来，他们可以实现两个微纳器件，或者芯片与基体之间产生弹性连接。可是，没有一种通用的弹性接触器件能够达到所有的设计性能要求，甚至在一个具体应用的元器件上，一些弹性接触器也达不到使用的性能的要求。
在工业生产中，可以采用3D打印技术、激光切割技术，制备出微纳弹片，但是，这两种技术加工效率较低；采用冲压模具加工，容易产生毛刺，同时，冲压模具很难达到直径为50μm左右器件的加工精度；电铸工艺以及化学腐蚀工艺污染环境。由于这些弹性器件广泛应用在线性马达、电机、医疗、物探设备精密零件等装置上，微型电子电路接触的可分离弹性接触器是一个急需解决的问题。
深圳卓力达主要采用铍铜湿法蚀刻加工的方式进行加工制备出二维的弹片，但是，光刻，湿法腐蚀很难做出三维弹片。
专利号US 7371073B2中论述了三维弹片的制备方法，它首先利用等离子刻蚀设备，在Si基体上刻蚀出圆柱状台阶，然后将圆柱状台阶刻蚀成半圆球状，利用半圆球凸台的外表面，作为基体制备接触弹片。其缺点为圆柱状台阶刻蚀成半圆球状凸台这道工艺难以控制，半圆球凸台表面的粗糙度大，不利于脱模。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；
(5)去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。
所述步骤(1)中，利用化学膜层光刻胶掩膜，采用厚胶工艺，在Si基体上表面涂上7-10μm厚的光刻胶，再通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形。
所述强光照射的曝光照度为10-15W/cm2，曝光时间选择为20-30s。
所述步骤(2)中刻蚀工艺条件为：上电极功率为400-600W，下电极功率为50-200W，SF6气体流量为40-60sccm，气压为10-20Pa，刻蚀时间3-4h。
当步骤(2)中的Si槽刻蚀深度大于200μm，步骤(1)中采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备掩膜。
所述物理气相沉积法制备掩膜具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.5-0.8Pa，电流200-400W，Ar气流量为40-60sccm，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。
所述化学气相沉积法制备掩膜具体为：在PECVD化学气相沉积镀膜机上，使用SiH4和N2O反应生成SiO2，其中SiH4和N2O的比例为6:1，气压3-5Pa，功率为300-400w，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。
所述步骤(3)中的铜合金为CuTiSi合金或CuSn合金。
所述步骤(3)中的镂空镀膜采用磁控溅射的方法进行，当铜合金为CuTiSi合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.5-0.8Pa，CuTi合金靶材电流400-600W，Si靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm；当铜合金为CuSn合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Sn靶材，Cu靶材，采用直流共溅射模式制备CuSn合金，气压0.5-0.8Pa，Cu靶材电流400-600W，Sn靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm。
所述步骤(5)中的物理方法具体为：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体；化学方法具体为：在NaOH溶液中浸泡，使弹性接触器与Si基体剥离。
相对于现有技术，本发明提供的弹片或弹性接触器制备工艺简单，干法刻蚀、镀膜，几乎不污染环境，克服了电铸工艺以及化学腐蚀工艺污染环境的缺点，加工效率高，能够保证尺寸与加工精度。
本发明半圆球凹槽的粗糙度可以控制在40nm以内，有利于脱模，克服了冲压模具加工，容易产生毛刺的缺点。
本发明采用光刻、刻蚀技术，提高了加工效率，克服了激光刻蚀加工效率低的问题。
本发明是在高气压条件下，制备出半圆球凹槽，利用半圆球凹槽的内表面作为基体制备接触弹片，减少了工艺流程，提高了加工效率。
附图说明
图1是Si基体光刻掩膜后的结构示意图。
图2是Si基体刻蚀后的结构示意图。
图3是Si基体半圆球形硅槽内镂空镀膜后的结构示意图。
图4是将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上后的结构示意图。
图5是去除Si基体后的结构示意图。
图6是弹性接触器单片的结构示意图。
图7是现有的弹性接触器和实施例2制备的弹性接触器的测试数据对比图。
具体实施方式
CuTiSi合金各组成成分的百分比为：Ti8.0-12％，Si3.0％，杂质含量不大于0.05％，余量为Cu；CuSn合金各组成成分的百分比为：Sn：6.0-7.0％，杂质含量不大于0.05％，余量为Cu。
实施例1：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体可以选择PCB电路板板材，或者高绝缘的石英SiO2晶片；
(5)去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器。
步骤(1)中，利用化学膜层光刻胶掩膜，采用厚胶工艺，在Si基体上表面涂上7-10μm厚的光刻胶，再通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形。
强光照射的曝光照度为10-15W/cm2，曝光时间选择为20-30s。
化学膜层光刻胶掩膜具体为：采用AZ系列正性光刻胶制备掩膜层。正性光刻胶一般由基质树脂、光敏混合物、有机溶剂三部分组成，光敏混合物PAC以及感光树脂在紫外线的照射下发生分解反应。分子空间结构发生重排，生成了茚酮。茚酮在碱性显影液中被溶解掉，没有被曝光的区域遗留下来，生成了掩膜层。工艺如下，a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度400-600r/min，时间6-8s；正常速度1000-2000r/min，时间10-15s；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为100-120℃，时间200-300s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为10-15W/cm2，曝光时间为20～30s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。
采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀。ICP刻蚀机的原理为，上电极离解出F-，下电极将F-牵引到Si表面进行反应刻蚀。反应如公式(1)所示：
SF6+e------SxFy ++SxFy -+F- (1)
F-作为反应活性基团，参与刻蚀反应，如公式(2)所示：
Si+F------SiF4(g) (2)
由方程可以看出：所生成物SiF4是气态成分，具有挥发性，可以随着分子泵的运转排出腔体，Si表面逐步形成了凹槽。步骤(2)中刻蚀工艺条件为：上电极功率为400-600W，下电极功率为50-200W，SF6气体流量为40-60sccm，气压为10-20Pa，刻蚀时间3-4h。
利用刻蚀机对Si基体进行刻蚀时，同时也可以将Si基体上表面上涂覆的光刻胶刻蚀掉，为了将光刻胶和Si基体同时刻蚀完，可以设定刻蚀机刻蚀光刻胶和Si基体的比例。
当步骤(2)中的Si槽刻蚀深度大于200μm，步骤(1)中采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备掩膜。
物理气相沉积法制备掩膜具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.5-0.8Pa，电流200-400W，Ar气流量为40-60sccm，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。
化学气相沉积法制备掩膜具体为：在PECVD化学气相沉积镀膜机上，使用SiH4和N2O反应生成SiO2，其中SiH4和N2O的比例为6:1，气压3-5Pa，功率为300-400w，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。
刻蚀SiO2掩膜的具体步骤为：采用CHF3与SF6的混合气体，在ICP等离子刻蚀机上刻蚀，上电极功率为400-600W，下电极功率为50-200W，SF6气体流量为40-60sccm，气压选择为1-2Pa，刻蚀时间为30-40min。
刻蚀SiO2掩膜层时，同时也要将SiO2掩膜层上表面涂覆的光刻胶刻蚀掉，为了将光刻胶和SiO2掩膜层同时刻蚀完，可以设定刻蚀机刻蚀光刻胶和SiO2掩膜层的比例。
步骤(3)中的铜合金为CuTiSi合金。
步骤(3)中的镂空镀膜采用磁控溅射的方法进行，当铜合金为CuTiSi合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.5-0.8Pa，CuTi合金靶材电流400-600W，Si靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm；当铜合金为CuSn合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Sn靶材，Cu靶材，采用直流共溅射模式制备CuSn合金，气压0.5-0.8Pa，Cu靶材电流400-600W，Sn靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm。
步骤(5)中的物理方法具体为：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体；化学方法具体为：在NaOH溶液中浸泡，使弹性接触器与Si基体剥离。
实施例2：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度400r/min，时间6s；正常速度1000r/min，时间10s，光刻胶厚度为7μm；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为100℃，时间200s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为10W/cm2，曝光时间为20s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为400W，下电极功率为50W，SF6气体流量为40sccm，气压为10Pa，刻蚀时间3h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.5Pa，CuTi合金靶材电流400W，Si靶材电流50W，Ar气流量为40sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为PCB电路板板材；
(5)去除Si基体：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为40μm，宽度为40μm，长度为350μm，翘起高度为200μm。
实施例3：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度500r/min，时间7s；正常速度1500r/min，时间12s，光刻胶厚度为8μm；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为110℃，时间250s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为12W/cm2，曝光时间为25s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为500W，下电极功率为120W，SF6气体流量为50sccm，气压为15Pa，刻蚀时间3.5h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.6Pa，CuTi合金靶材电流500W，Si靶材电流60W，Ar气流量为50sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为高绝缘的石英SiO2晶片；
(5)去除Si基体：采用NaOH溶液浸泡的化学方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为42μm，宽度为42μm，长度为355μm，翘起高度为210μm。
实施例4：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度600r/min，时间8s；正常速度2000r/min，时间15s，光刻胶厚度为10μm；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为120℃，时间300s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为15W/cm2，曝光时间为30s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为600W，下电极功率为200W，SF6气体流量为60sccm，气压为20Pa，刻蚀时间4h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.8Pa，CuTi合金靶材电流600W，Si靶材电流80W，Ar气流量为60sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为PCB电路板板材；
(5)去除Si基体：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为45μm，宽度为45μm，长度为360μm，翘起高度为215μm。
实施例5：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.5Pa，电流200W，Ar气流量为40sccm，制备出厚度为2μm的膜层；再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜；刻蚀SiO2掩膜的具体步骤为：采用CHF3与SF6的混合气体，在ICP等离子刻蚀机上刻蚀，上电极功率为400W，下电极功率为50W，SF6气体流量为40sccm，气压选择为1Pa，刻蚀时间为30min。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为400W，下电极功率为50W，SF6气体流量为40sccm，气压为10Pa，刻蚀时间3h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.5Pa，CuTi合金靶材电流400W，Si靶材电流50W，Ar气流量为40sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为PCB电路板板材；
(5)去除Si基体：采用NaOH溶液浸泡的化学方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为48μm，宽度为48μm，长度为365μm，翘起高度为220μm。
实施例6：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.6Pa，电流300W，Ar气流量为50sccm，制备出厚度为2μm的膜层；再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜；刻蚀SiO2掩膜的具体步骤为：采用CHF3与SF6的混合气体，在ICP等离子刻蚀机上刻蚀，上电极功率为500W，下电极功率为120W，SF6气体流量为50sccm，气压选择为1.5Pa，刻蚀时间为35min。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为500W，下电极功率为120W，SF6气体流量为50sccm，气压为15Pa，刻蚀时间3.5h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.6Pa，CuTi合金靶材电流500W，Si靶材电流60W，Ar气流量为50sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为高绝缘的石英SiO2晶片；
(5)去除Si基体：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为50μm，宽度为50μm，长度为370μm，翘起高度为230μm。
实施例7：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.8Pa，电流400W，Ar气流量为60sccm，制备出厚度为2μm的膜层；再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜；刻蚀SiO2掩膜的具体步骤为：采用CHF3与SF6的混合气体，在ICP等离子刻蚀机上刻蚀，上电极功率为600W，下电极功率为200W，SF6气体流量为60sccm，气压选择为2Pa，刻蚀时间为40min。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为600W，下电极功率为200W，SF6气体流量为60sccm，气压为20Pa，刻蚀时间4h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.8Pa，CuTi合金靶材电流600W，Si靶材电流80W，Ar气流量为60sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为高绝缘的石英SiO2晶片；
(5)去除Si基体：采用NaOH溶液浸泡的化学方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为52μm，宽度为52μm，长度为380μm，翘起高度为240μm。
实施例8：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：在PECVD化学气相沉积镀膜机上，使用SiH4和N2O反应生成SiO2，其中SiH4和N2O的比例为6:1，气压3Pa，功率为300W，制备出厚度为2μm的膜层；再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜；刻蚀SiO2掩膜的具体步骤为：采用CHF3与SF6的混合气体，在ICP等离子刻蚀机上刻蚀，上电极功率为400W，下电极功率为50W，SF6气体流量为40sccm，气压选择为1Pa，刻蚀时间为30min。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为400W，下电极功率为50W，SF6气体流量为40sccm，气压为10Pa，刻蚀时间3h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.5Pa，CuTi合金靶材电流400W，Si靶材电流50W，Ar气流量为40sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为PCB电路板板材；
(5)去除Si基体：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为55μm，宽度为55μm，长度为385μm，翘起高度为245μm。
实施例9：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：在PECVD化学气相沉积镀膜机上，使用SiH4和N2O反应生成SiO2，其中SiH4和N2O的比例为6:1，气压4Pa，功率为350W，制备出厚度为2μm的膜层；再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜；刻蚀SiO2掩膜的具体步骤为：采用CHF3与SF6的混合气体，在ICP等离子刻蚀机上刻蚀，上电极功率为500W，下电极功率为120W，SF6气体流量为50sccm，气压选择为1.5Pa，刻蚀时间为35min。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为500W，下电极功率为120W，SF6气体流量为50sccm，气压为15Pa，刻蚀时间3.5h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.6Pa，CuTi合金靶材电流500W，Si靶材电流60W，Ar气流量为50sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为高绝缘的石英SiO2晶片；
(5)去除Si基体：采用NaOH溶液浸泡的化学方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为58μm，宽度为58μm，长度为390μm，翘起高度为250μm。
实施例10：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：在PECVD化学气相沉积镀膜机上，使用SiH4和N2O反应生成SiO2，其中SiH4和N2O的比例为6:1，气压5Pa，功率为400W，制备出厚度为2μm的膜层；再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜；刻蚀SiO2掩膜的具体步骤为：采用CHF3与SF6的混合气体，在ICP等离子刻蚀机上刻蚀，上电极功率为600W，下电极功率为200W，SF6气体流量为60sccm，气压选择为2Pa，刻蚀时间为40min。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为600W，下电极功率为200W，SF6气体流量为60sccm，气压为20Pa，刻蚀时间4h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuTiSi合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.8Pa，CuTi合金靶材电流600W，Si靶材电流80W，Ar气流量为60sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为PCB电路板板材；
(5)去除Si基体：采用NaOH溶液浸泡的化学方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为60μm，宽度为60μm，长度为400μm，翘起高度为260μm。
实施例11：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度400r/min，时间6s；正常速度1000r/min，时间10s，光刻胶厚度为7μm；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为100℃，时间200s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为10W/cm2，曝光时间为20s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为400W，下电极功率为50W，SF6气体流量为40sccm，气压为10Pa，刻蚀时间3h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuSn合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Sn靶材，Cu靶材，采用直流共溅射模式制备CuSn合金，气压0.5Pa，Cu靶材电流400W，Si靶材电流50W，Ar气流量为40sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为PCB电路板板材；
(5)去除Si基体：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为40μm，宽度为40μm，长度为350μm，翘起高度为200μm。
实施例12：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度500r/min，时间7s；正常速度1500r/min，时间12s，光刻胶厚度为8μm；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为110℃，时间250s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为12W/cm2，曝光时间为25s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为500W，下电极功率为120W，SF6气体流量为50sccm，气压为15Pa，刻蚀时间3.5h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuSn合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Sn靶材，Cu靶材，采用直流共溅射模式制备CuSn合金，气压0.6Pa，Cu靶材电流500W，Sn靶材电流60W，Ar气流量为50sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为高绝缘的石英SiO2晶片；
(5)去除Si基体：采用NaOH溶液浸泡的化学方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为42μm，宽度为42μm，长度为355μm，翘起高度为210μm。
实施例13：
一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，具体步骤如下：
(1)光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；具体为：a.涂覆：先在Si基体上涂覆光刻胶，再用匀胶机将光刻胶涂抹均匀；设定匀胶机的初始速度600r/min，时间8s；正常速度2000r/min，时间15s，光刻胶厚度为10μm；b.坚膜：在烘胶台上对光刻胶膜层进行坚膜处理，设定温度为120℃，时间300s；c.曝光：用光刻机曝光，曝光照度为15W/cm2，曝光时间为30s；d.显影：用1:6(原显影液：水)显影，显影时间为60s。
(2)刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；具体为：采用SF6刻蚀气体在ICP高密度反应离子刻蚀机内对Si基体进行刻蚀，上电极功率为600W，下电极功率为200W，SF6气体流量为60sccm，气压为20Pa，刻蚀时间4h。
(3)镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，镀膜材料为CuSn合金；具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Sn靶材，Cu靶材，采用直流共溅射模式制备CuSn合金，气压0.8Pa，Cu靶材电流600W，Si靶材电流80W，Ar气流量为60sccm。
(4)钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；材料基体为PCB电路板板材；
(5)去除Si基体：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体，即可得到弹性接触器。
制备出的弹性接触器中单个弹片的厚度为45μm，宽度为45μm，长度为360μm，翘起高度为215μm。
实施例2制备的弹性接触器与现有技术制备的弹性接触器的载荷-位移对比如图7所示，由图7可以看出，本发明制备的弹性接触器受力后的移动距离与载荷的关系接近于正比例关系，优于现有技术制备的弹性接触器测试的相关数据，从图7可以看出，现有技术制备的弹性接触器在初始时刻，弹片对载荷的压力不敏感，表现为移动距离为0，而后，弹片移动距离迅速增大。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到Si基体上；利用化学膜层光刻胶掩膜，采用厚胶工艺，在Si基体上表面涂上7-10μm厚的光刻胶，再通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形；强光照射的曝光照度为10-15 W/cm2，曝光时间选择为20-30s；
（2）刻蚀：利用刻蚀机在Si基体上刻蚀半圆球形硅槽；刻蚀工艺条件为：上电极功率为400-600W，下电极功率为50-200W，SF6气体流量为40-60sccm，气压为10-20Pa，刻蚀时间3-4h；
（3）镀膜：在半圆球形硅槽内镂空镀膜，所述镀膜材料为铜合金；铜合金为CuTiSi合金或CuSn合金；镂空镀膜采用磁控溅射的方法进行，当铜合金为CuTiSi合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Si靶材，CuTi合金靶材，采用直流共溅射模式制备CuTiSi合金，气压0.5-0.8Pa，CuTi合金靶材电流400-600W，Si靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm；当铜合金为CuSn合金时具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装Sn靶材，Cu靶材，采用直流共溅射模式制备CuSn合金，气压0.5-0.8Pa，Cu靶材电流400-600W，Sn靶材电流50-80W，Ar气流量为40-60sccm；
（4）钎焊：将镂空镀膜钎焊在另一材料基体上；
（5）去除Si基体：采用物理方法或者化学方法将Si基体去除，即可得到弹性接触器；物理方法具体为：采用微纳机械手物理方法剥离弹性接触器与Si基体；化学方法具体为：在NaOH溶液中浸泡，使弹性接触器与Si基体剥离。
2.根据权利要求1所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：当步骤（2）中的Si槽刻蚀深度大于200μm，步骤（1）中采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备掩膜。
3.根据权利要求2所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：所述物理气相沉积法制备掩膜具体为：在磁控溅射镀膜机上，安装SiO2靶材，采用射频电源，激发出SiO2分子，牵引到Si表面，气压0.5-0.8Pa，电流200-400W，Ar气流量为40-60sccm，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。
4.根据权利要求2所述的微纳悬梁臂结构弹性接触器的制备方法，其特征在于：所述化学气相沉积法制备掩膜具体为：在PECVD化学气相沉积镀膜机上，使用SiH4和N2O反应生成SiO2，其中SiH4和N2O的比例为6:1，气压3-5Pa，功率为300-400w，制备出厚度为2μm的SiO2膜层，再在SiO2膜层表面涂光刻胶，通过强光照射在光刻胶上制备出掩膜图形，再根据掩膜图形刻蚀出SiO2掩膜。
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