彈性基底非硅MEMS微加工技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)有非硅MEMS微加工技術(shù)的材料主要集中在金屬和無機(jī)材料的研究上，對(duì)于以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為代表的聚合物材料的應(yīng)用，大多局限在生化檢測(cè)器件的封裝用途，而其作為結(jié)構(gòu)材料時(shí)所體現(xiàn)出的高彈性與低介電常數(shù)的性能一直未被重視。
　　本論文以PDMS作為研究對(duì)象，研究了其作為MEMS器件結(jié)構(gòu)材料時(shí)的力學(xué)與電學(xué)性能，然后從目前微電子行業(yè)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域迫切需要解決的兩個(gè)典型應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計(jì)了以PDMS作為彈性基底材料的MEMS探針卡和腦電信號(hào)采

2、集干電極。本論文所述的MEMS探針卡探針間距為100μm，可進(jìn)行陣列式引腳芯片的測(cè)試。測(cè)試頻率為3GHz時(shí)，本論文所述的MEMS探針卡插入損耗小于-0.2dB。與傳統(tǒng)方式加工的懸臂梁式探針卡相比，具有探針排布密度高，高頻性能好等特點(diǎn)；同樣，以PDMS作為彈性基底材料制備的腦電信號(hào)采集干電極克服了傳統(tǒng)濕電極不適合進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間腦電信號(hào)采集、測(cè)試過程耗時(shí)且對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求很高的特點(diǎn)，而且以PDMS作為封裝材料可顯著改善使用干電極陣列進(jìn)行腦電信號(hào)檢

3、測(cè)時(shí)被試者的不適感。
　　本論文將PDMS聚合物引入 MEMS探針卡與腦電極的制備過程，拓展了非硅MEMS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，研究過程中積累的PDMS材料的工藝數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可應(yīng)用于其他非硅MEMS產(chǎn)品的開發(fā)。
　　本論文主要內(nèi)容包含如下幾個(gè)方面：
　?。?）本論文首先綜述現(xiàn)有非硅MEMS微加工技術(shù)的加工工藝和常用的結(jié)構(gòu)材料，并對(duì)非硅MEMS微加工技術(shù)的典型應(yīng)用做了概括。接著，綜述了芯片測(cè)試探針卡與腦電測(cè)試干電極的發(fā)展趨勢(shì)

4、。
　?。?）力學(xué)性能是PDMS彈性基底材料最重要的物理性能。本論文根據(jù)PDMS的化學(xué)組成，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法定量計(jì)算其分子鏈的末端距和熵，進(jìn)而對(duì)交聯(lián)狀態(tài)的PDMS塊狀材料的彈性做出完整解釋。利用納米壓痕儀對(duì)PDMS塊狀材料的彈性進(jìn)行測(cè)試，并與理論彈性進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)實(shí)測(cè)值得出PDMS彈性基底的彈性系數(shù)，為接下來的器件設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　?。?）電學(xué)性能是PDMS彈性基底材料另一個(gè)重要的物理性能。本論文首先通過電磁仿真軟件對(duì)P

5、DMS彈性基底上的共面波導(dǎo)進(jìn)行模擬，以此為器件加工提供理論依據(jù)。參照模擬值，在PDMS彈性基底上制備共面波導(dǎo)，對(duì)所制備的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行低頻與高頻性能測(cè)試，并對(duì)其在0-10GHz范圍內(nèi)的高頻性能與加工在高阻硅襯底上共面波導(dǎo)的性能進(jìn)行對(duì)比。
　?。?）本論文設(shè)計(jì)了以PDMS作為彈性基底材料可用于高密度引腳芯片以及射頻芯片測(cè)試的MEMS探針卡。闡述了探針卡加工工藝的優(yōu)化過程，并對(duì)探針卡進(jìn)行接觸測(cè)試、低頻測(cè)試、射頻測(cè)試，并參照微電子行業(yè)

6、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與加工在高阻硅基片上的模擬芯片進(jìn)行聯(lián)測(cè)。以PDMS作為彈性基底的MEMS探針卡達(dá)到或超過了微電子行業(yè)對(duì)于探針卡電氣方面的要求。
　?。?）本論文以PDMS作為彈性基底材料，制備了可以用于腦電信號(hào)檢測(cè)的干電極。為確保其滿足腦電信號(hào)采集的要求，對(duì)所制備的腦電采集干電極進(jìn)行人體測(cè)試。通過比較所制備的干電極與濕電極采集到的腦電信號(hào)，驗(yàn)證了所制備的腦電采集干電極的性能。接下來，通過光刻與電鑄工藝制備了平面陣列式干電極，通過澆鑄PDM