CN107621674A - 一种应用于加速度计的su‑8柔性光波导及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学领域和微光机电系统领域，尤其涉及一种应用于加速度计的光波导设计及制造，具体为一种应用于加速度计的SU‑8柔性光波导及其制备方法。一种应用于加速度计的SU‑8柔性光波导，包括硅基底；硅基底上设有一层以聚合物NOA73为材料的下包层，下包层上设置有矩形SU‑8芯层，下包层上还设置有将矩形SU‑8芯层覆盖的以聚合物NOA73为材料的上包层，上包层上镀有Al掩膜。本发明所提出的柔性材料光波导加速度计，简化了制备工艺并降低成本，提高光学系统集成度，并且具有很好的抗震、抗干扰性能，适合于批量生产，可广泛的应用于军民领域。

Description

一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导及其制备方法

技术领域

本发明属于光学领域和微光机电系统领域，尤其涉及一种应用于加速度计的光波导设计及制造，具体为一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导及其制备方法。

背景技术

加速度计是惯性导航与制导系统重要的测试器件，广泛应用于航海、航空、精确制导、地震检测与地质勘探等领域。随着微光机电系统加速度计的发展，集MEMS技术与光学测量技术于一体的MOEMS加速度计以其响应速度快、集成度高、抑制噪声能力与抗电磁干扰能力更强的优势近年来得到了人们的广泛关注。

目前人们对集成光学加速度计的研究大多集中在利用光的干涉原理来实现加速度的检测，如光栅加速度计、光纤加速度计等。但是，光干涉易受到各种扰动如振动、结构形变、温度变化等影响，降低了干涉系统的工作可靠度和测量精度，甚至导致干涉系统失调，因此具有良好透光率与柔性的光波导材料显得格外重要。目前光波导大多采用硅基材料，但硅基材料存在着许多不足，如均匀性与完整性等，这些缺点限制了集成光学加速度计的发展。此外，硅基材料本身重量增加容易导致其在热工艺过程中发生形变，热应力问题严重而影响加速度计的测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导，可在加速运动时，可有效避免光波导结构形变、外界环境变化而影响加速度测量精度。

为了实现上述目的，本发明提供一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导，包括硅基底；硅基底上设有一层以聚合物NOA73为材料的下包层，下包层上设置有矩形SU-8芯层，下包层上还设置有将矩形SU-8芯层覆盖的以聚合物NOA73为材料的上包层，上包层上镀有Al掩膜。所述波导采用聚合物材料制备，从而实现波导的柔性特性。

上述的一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导的制备方法，包括以下步骤：

第一步：选用硅作为基底，清洗并烘干；

第二步：将聚合物材料NOA73旋涂于烘干后的硅基底上作为下包层，旋涂参数设定为：2000rad/min，旋涂时间为7~8s；

第三步：将带有下包层的硅基底放入紫外曝光机中对聚合物材料NOA73进行紫外固化，曝光参数为200 acc/cm²，曝光时间为1min；

第四步：曝光完成后，将硅基底置于烘台上前烘，前烘温度为60℃，时间为3min；

第五步：在固化后的下包层上旋涂SU-8光刻胶，匀胶参数设置为：转速为3000rad/min，时间为6s；

第六步：将涂有SU-8光刻胶的硅基底置于烘台上前烘，前烘温度90℃，时间为2min；

第七步：对SU-8光刻胶进行显影，将光刻胶两侧的部分去掉，得到矩形SU-8芯层，然后清洗，最后置于烘台上进行后烘，后烘温度60℃，时间为1min；

第八步：在得到矩形SU-8芯层的硅基底上旋涂一层聚合物材料NOA73作为上包层，然后将此硅基底放入紫外曝光机中对上包层聚合物材料NOA73进行紫外固化，曝光参数为200acc/cm²，曝光时间为1min；

第九步：将硅基底置于真空蒸镀箱中在上包层上镀Al电极层，蒸镀时间为20min；

第十步：在Al电极层上旋涂正光刻胶作为保护层；

第十一步：将有保护层的硅基底置于掩膜版下，用紫外光刻机进行光刻并显影，去除掉Al电极层两侧的部分，得到Al掩膜，光刻完成后立即放入显影液中进行显影去除Al掩膜上的保护层，完成光波导的制备。

本发明与现有的技术相比，具有的有益效果是：

（1）本发明所提出的SU-8柔性光波导材料，可以通过调整包层材料折射率，得到较低的弯曲损耗，并且波导弯曲面不需要刻蚀，弯曲损耗远小于传统平面加工工艺制备的弯曲波导，可实现与硅基加速度计相比拟的高精度柔性光波导加速度计。

（2）本发明所提出的柔性光波导材料，利用柔性材料的可弯曲特性，设计新型干涉式光波导加速度计结构，具有体积小，重量轻的优势，可有效避免光波导结构形变、外界环境变化而影响加速度测量精度。

（3）本发明所提出的柔性材料光波导加速度计，简化了制备工艺并降低成本，提高光学系统集成度，并且具有很好的抗震、抗干扰性能，适合于批量生产，可广泛的应用于军民领域。

附图说明

图1是本发明SU-8柔性光波导横截面结构示意图。

图2是本发明SU-8柔性光波导工艺流程图。

图中：1-硅基底；2-下包层；3-SU-8芯层；4-上包层，5-Al掩膜；6-保护层。

具体实施方式

一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导，包括硅基底1；硅基底1上设有一层以聚合物NOA73为材料的下包层2，下包层2上设置有矩形SU-8芯层3，下包层2上还设置有将矩形SU-8芯层3覆盖的以聚合物NOA73为材料的上包层4，上包层4上镀有Al掩膜5。

上述的一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导的制备方法，包括以下步骤：

第一步：选用一片表面平整的硅作为基底，依次用丙酮、异丙醇和无水乙醇进行超声清洗，每次清洗5min，清洗三次，然后置于烤箱中在120℃下烘烤10min除去水汽和残留的丙酮；

第二步：将聚合物材料NOA73旋涂于烘干后的硅基底1上作为下包层2，旋涂厚度为10μm，旋涂参数设定为：2000rad/min，旋涂时间为7~8s；

第三步：将带有下包层2的硅基底放入紫外曝光机中对聚合物材料NOA73进行紫外固化，曝光参数为200 acc/cm²，曝光时间为1min；

第四步：曝光完成后，将硅基底1置于烘台上前烘，前烘温度为60℃，时间为3min；

第五步：在固化后的下包层2上旋涂SU-8光刻胶，旋涂厚度为10μm，匀胶参数设置为：转速为3000rad/min，时间为6s；

第六步：将涂有SU-8光刻胶的硅基底1置于烘台上前烘，前烘温度90℃，时间为2min；

第七步：对SU-8光刻胶进行显影，将光刻胶两侧的部分去掉，得到矩形SU-8芯层3，然后依次用丙酮、异丙醇和无水乙醇进行超声清洗，每次清洗5min，清洗三次，用氮气吹干，最后置于烘台上进行后烘，后烘温度60℃，时间为1min；

第八步：在得到矩形SU-8芯层3的硅基底上旋涂一层聚合物材料NOA73作为上包层4，旋涂厚度为20μm，然后将此硅基底放入紫外曝光机中对上包层聚合物材料NOA73进行紫外固化，曝光参数为200 acc/cm²，曝光时间为1min；

第九步：将硅基底1置于真空蒸镀箱中在上包层上镀Al电极层，蒸镀时间为20min；

第十步：在Al电极层上旋涂正光刻胶（AZ4620光刻胶）作为保护层；

第十一步：将有保护层的硅基底置于掩膜版下，用紫外光刻机进行光刻并显影，去除掉Al电极层两侧的部分，得到Al掩膜5，光刻完成后立即放入显影液中进行显影去除Al掩膜5上的保护层，完成光波导的制备。

Claims (2)

1.一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导，其特征在于包括硅基底（1）；硅基底（1）上设有一层以聚合物NOA73为材料的下包层（2），下包层（2）上设置有矩形SU-8芯层（3），下包层（2）上还设置有将矩形SU-8芯层（3）覆盖的以聚合物NOA73为材料的上包层（4），上包层（4）上镀有Al掩膜（5）。

2.如权利要求1所述的一种应用于加速度计的SU-8柔性光波导的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：选用硅作为基底，清洗并烘干；

第二步：将聚合物材料NOA73旋涂于烘干后的硅基底（1）上作为下包层（2），旋涂参数设定为：2000rad/min，旋涂时间为7~8s；

第三步：将带有下包层（2）的硅基底放入紫外曝光机中对聚合物材料NOA73进行紫外固化，曝光参数为200 acc/cm²，曝光时间为1min；

第四步：曝光完成后，将硅基底（1）置于烘台上前烘，前烘温度为60℃，时间为3min；

第五步：在固化后的下包层（2）上旋涂SU-8光刻胶，匀胶参数设置为：转速为3000rad/min，时间为6s；

第六步：将涂有SU-8光刻胶的硅基底（1）置于烘台上前烘，前烘温度90℃，时间为2min；

第七步：对SU-8光刻胶进行显影，将光刻胶两侧的部分去掉，得到矩形SU-8芯层（3），然后清洗，最后置于烘台上进行后烘，后烘温度60℃，时间为1min；

第八步：在得到矩形SU-8芯层（3）的硅基底上旋涂一层聚合物材料NOA73作为上包层（4），然后将此硅基底放入紫外曝光机中对上包层聚合物材料NOA73进行紫外固化，曝光参数为200 acc/cm²，曝光时间为1min；

第九步：将硅基底（1）置于真空蒸镀箱中在上包层上镀Al电极层，蒸镀时间为20min；

第十步：在Al电极层上旋涂正光刻胶作为保护层；

第十一步：将有保护层的硅基底置于掩膜版下，用紫外光刻机进行光刻并显影，去除掉Al电极层两侧的部分，得到Al掩膜（5），光刻完成后立即放入显影液中进行显影去除Al掩膜（5）上的保护层，完成光波导的制备。