CN1175096A - 制造组合压电部件的方法及用于该方法的掩模 - Google Patents

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Abstract

利用包括同步辐射X光曝光、显影和平面印刷的LIGA工艺,制造具有所需结构的组合压电部件。为了降低X光曝光掩模成本,该掩模可以由具有规则图形且由电铸形成的丝网构成。

Description

制造组合压电部件的方法及用于该方法的掩模
本发明涉及一种制造组合压电部件的方法及用于该方法的掩模；特别涉及用同步辐射(SR)X光曝光、显影、平面印刷来制造组合压电部件的方法，及在制造组合压电部件过程中用于同步辐射X光曝光的掩模。
除了硅的各向异性腐蚀方法外，用来实现具有厚度的三维微结构的已知工艺有LIGA(Lithographie Galvanoforming Abformung)工艺，该工艺是由德国Karlsruhe核研究中心开发的。
LIGA工艺的优点在于，它能用组合光刻处理来制造具有如几微米宽和几百微米厚的大的高宽比的结构，它给所制造的结构提供平滑的侧表面，且容许包括金属和树脂的很宽材料选择范围。
通常，如图1所示，根据用CAD系统设计的掩模图形(1所示)，用电子束刻划来制造金属薄膜X光掩模(2所示)。用该X光掩模在同步辐射X光下曝光PMMA树脂材料，然后显影，由此形成树脂结构(3所示)。然后，用电铸等镀敷工艺在树脂结构的凹陷处淀积厚金属层，并去除树脂，由此形成金属结构，即金属模(4所示)。
对于小规模生产，直接用金属模来形成最终产品(7所示)。对于大规模生产，用金属模来形成很多塑料模(5所示)，再用塑料模来形成用于制造最终产品(7所示)的金属模(6所示)。
由此，该LIGA上艺能从一个由同步辐射X光一次曝光形成的模来形成大量的产品。
与用于半导体制造中的X光光刻相比，由于曝光时间很长，所以用于LIGA工艺的X光掩模需要由厚的金属膜来制备。具体地，用于X光掩模的金属薄膜包括在2μm厚的钛箔上的15μm厚的Au吸收层(KfK)，或者是在硅厚膜上用电子束刻划形成的5μm厚Au吸收层。
为了制造X光掩模，需要用能设计任意掩模图形的CAD系统等的图形设计(图1中1所示)。在制造对同步辐射X光耐久性好的X光掩模时，需要电子束刻划设备或CVD设备。
这些X光掩模制造设备都很昂贵，即使从其他公司定购该X光掩模，每片掩模也将非常昂贵。
因此，本发明的目的是提供一种用LIGA工艺制造具有所需结构的组合压电部件的方法，该方法能降低X光掩模的成本。
本发明的另一目的是提供一种用于制造组合压电部件的X光曝光掩模。
按第一方案，本发明提供一种利用同步辐射X光曝光、显影、平面印刷制造组合压电部件的方法，其中，X光曝光掩模用丝网制备。
这种制造组合压电部件的方法使用丝网X光掩模，用来代替由电子束刻划设备或CVD设备根据CAD系统等设计的掩模图形形成的常规X光掩模。具体地，在制造所需结构的组合压电部件的过程中，本发明方法不需用CAD系统等设计的图形，而是使用丝网的规则图形。因此，它不需用设计任意掩模图形的CAD系统等进行图形设计，在制造X光掩模时，也不需电子束刻划设备或CVD设备。所以，可以节约X光掩模制备设备的大量费用。
按第二方案，本发明提供一种利用同步辐射X光曝光、显影、平面印刷制造组合压电部件用的掩模，其中，X光曝光掩模用丝网制备。
本发明的X光曝光掩模为一种丝网，用来代替由电子束刻划设备或CVD设备根据CAD系统等设计的掩模图形形成的常规X光掩模。具体地，在制造所需结构的组合压电部件的过程中，不需用CAD系统等进行图形设计，而是只使用丝网的规则图形便已足够。因此，本发明的掩模无需用设计任意掩模图形的CAD系统等进行图形设计，而且，在制造时，也不需电子束刻划设备或CVD设备。所以，可以节约X光掩模制备设备的大量费用。
按第三方案，本发明提供一种由第二方案中的丝网掩模得到的X光曝光掩模，用以制造组合压电部件，其中，丝网具有旨在制造3-1键合组合压电部件或1-3键合组合压电部件的网格。
按第四方案，本发明提供一种由第二或第三方案中的丝网掩模得到的X光曝光掩模，用以制造组合压电部件，其中，丝网由电铸形成。
用电铸形成丝网掩模，可使掩模间距小至5μm，丝网厚度小至2μm。
用LIGA工艺可以实现最终产品的厚度和条间距小至50μm。由同步辐射X光可以稳定实现最终产品的高度(厚度)小到500μm。
因此，用本发明掩模制备组合压电部件的方法能制造间距为5-50μm且高度(厚度)为约500μm的组合压电部件。
通过以下参照附图对本发明的优选实施例的说明，可以明了本发明的其他目的和优点。
图1是表示常规组合压电部件制造方法的连续工艺的简图；
图2是表示根据本发明实施例制造组合压电部件方法的连续工艺的流程图。
图3是表示根据本发明实施例用来制造组合压电部件的掩模的基本图形的简图。
图4是表示本发明实施例制造组合压电部件方法的主要步骤的一组简图。
图2是表示本发明实施例制造组合压电部件方法的连续工艺的流程图，且图3是解释根据本发明实施例用来制造组合压电部件的X光掩模的图形的简图。用于制造组合压电部件的掩模的配置
首先参照图3来解释用于制造组合压电部件的掩模的配置。图中，掩模1是由电铸或交叉编织形成的直角交叉金属丝构成的网。
当用电铸形成丝网掩模时，该丝网掩模可以有小到5μm的丝间距和小到2μm的网丝厚度。关于编织形成的丝网掩模，希望它有和电铸掩模相当的尺寸。
由电铸形成时，由铂制成丝网较好，厚度为5-7μm的掩模适于用同步辐射X光的LIGA工艺。制造组合压电部件的掩模的其他可用材料有铜和镍，这种情况下，用于同步辐射X光曝光的掩模需要有20到25μm的厚度。这样厚度范围的掩模可以用电铸来制备。
编织的丝网有根据所用金属丝厚度的高度(厚度)，而电铸的丝网有独立的丝厚度和网高度尺寸。
应该注意，根据该实施例用于制造组合压电部件的丝网掩模是简单的丝网，而不是常规的X光掩模(由在钛箔上形成的Au吸收层(KfK)、或者用电子束在硅薄膜上刻划的5μm厚Au吸收层等金属薄膜构成)。组合压电部件的制造工艺
下面参照流程图2和示意图4说明组合压电部件的连续制造工艺。
首先，决定所制造的组合压电部件的规格：(图2中步骤S1)。下面的说明中假设制造1-3键合组合压电部件或3-1键合组合压电部件。
为了最终得到此类压电部件的恒定尺寸的条，需要图3所示的具有均匀网格的丝网掩模。
用电铸或编织形成具有这种用于制造所需组合压电部件的规则网格图形的X光掩模：(图2的步骤S2)。该掩模1具有用来制造PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)阴模的反图形，下面将作说明。
通过掩模1将PMMA抗蚀材料2暴露于同步辐射X光：(图4的(a))。随后，对抗蚀材料2进行显影工艺，由此形成图4中(b)所示的PMMA阴模3：(图2中步骤S3)。
PMMA阴模3用来制造作为模的图4中(c)所示镍等金属的中间压模4：(图2中步骤S4)。金属中间压模4用来制备图4中(d)所示的塑料模5：(图2中步骤S5)。
将PZT(锆钛酸铅)浆压电材料6浇铸于图4中(e)所示的塑料模5中，并烧结：(图2中步骤S6和S7)。
去掉塑料模5(图4中(f)所示)，用图4中(g)所示的聚合物8填充PZT结构7，将PZT聚合物组合体进行抛光工艺：(图2中步骤S8)，以使PZT部分7极化：(图2中步骤S9)。
最后，在图4中(h)所示的PZT聚合物组合体的上下形成电极9：(图2中步骤S10)，并进行切片：(图2中步骤S11)，将引线键合到电极9：(图2中步骤S12)，以完成所需的1-3键合组合压电部件或3-1键合组合压电部件。
尽管在上述的组合压电部件制造方法的中间阶段可以使用不同的工艺和材料，但用丝网作掩模1是最重要的。
本发明人的实验和计算表明：在组合压电部件总的制造成本中，X光掩模的设计和制造的费用可以降低到常规费用的1/1000。
组合压电部件制造方法的另一个实施例
1.根据上述的LIGA工艺机加工半固体状态(半成品片或半成品态)的PZT浆，可以不用阳模和阴模来制造组合压电部件。尽管需要合适调节同步辐射X光的强度和PZT浆的粘度，来符合PZT的X光吸收特性，但该不同的方法实用于制造具有大的高宽比的组合压电部件。
该不同方法使用设置成岛状的图形代替X光掩模的网格图形，且可用电铸形成。
组合压电部件和X光掩模的优选尺寸范围
1.该LIGA工艺优于常规的铸挫(die-and-file)过程，其条尺寸和间距范围为20到30μm(最大约为50μm)。
2.电铸形成的用来制造组合压电部件的丝网掩模可以具有小到5至10μm的丝间距和小到2-3μm的丝厚度。
3.该LIGA工艺可以使最终产品的条尺寸和间距高达约50μm。
4.基于同步辐射X光曝光的工艺可以稳定形成高度(厚度)高达400-500μm的最终产品。由于根据抗蚀材料的深度不同所用X光的剂量不同，因而不能稳定制造超过这个高度的最终产品。
5.基于模压过程的PZT浆的刻划尺寸限制在高达300-500μm。
6.关于尺寸的优选范围，X光掩模有5到50μm的网格间距，最终产品具有小于网格间距的壁厚和条尺寸，其高度最大为50μm。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明的实施例可以有很多变化。应该明白，除了所属权利要求的限制外，本发明并不限于说明书中的具体实施例。
附图文字
图1
定单，1.由CAD进行掩模图形设计，2.制备X光掩模，RMMA抗蚀材料，SR X光曝光，3.PMMA阴模，电铸，4.金属模，成形，小批量生产，5.塑料模，电铸，6.金属模，成形，7.最终产品，检测，装运
图2
开始，
S1.决定规格
S2.制备具有规则图形的丝网X光掩模
S3.制备PMMA阴模
S4.制备金属中间压模
S5.制备塑料模
S6.将PZT浆注入模中
S7.烧结
S8.抛光
S9.极化
S10.形成电极
S11.切片
S12.键合引线
结束
图3
丝网掩模图形
图4
同步辐射X光，1.X光掩模，2.抗蚀材料(PMMA)，3.PMMA阴模，4.金属中间压模，5.塑料模，6.PZT浆，7.PZT结构，8.聚合物，9.电极

Claims (4)

1.一种用同步辐射X光曝光、显影、平面印刷制造组合压电部件的方法，其特征为，用于所说X光曝光的掩模由丝网构成。
2.一种用于通过同步辐射X光曝光、显影、平面印刷制造组合压电部件的掩模，其特征为：所说X光曝光的所说掩模由丝网构成。
3.如权利要求2的掩模，其特征为，所说丝网具有用来制造3-1键合组合压电部件或1-3键合组合压电部件的网格。
4.如权利要求2或3的掩模，其特征为：所说丝网由电铸形成。
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