Характеристики микромеханических реле на основе тонких слоистых исполнительных элементов
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ЬНАЯ ЧАСТЬ)
.1 Цель
Исследование характеристик исполнительных элементов устройств МСТ в зависимости от технологии изготовления и типа конструкции для оптимизации микромеханических реле.Для достижения цели требуется решить следующие задачи:
1.Получить тестовые образцы, сформировав гальванические покрытия толщиной 1..6 мкм на кремниевых подложках с применением технологии вспомогательных полиимидных жертвенных слоев (выбор толщин обусловлен хорошим соотношением механических, электрических и магнитных свойств осажденных пленок [18]);
2.Исследовать влияние режимов и условий гальванического осаждения металлов (время осаждения, плотность тока, температура и показатель кислотности электролита) на характеристики исполнительных элементов (толщина, микрошероховатость).
.Оценить влияние типа конструкции и количества упругих подвесов на свойства подвижных элементов (деформация, изгибная и контактная жесткости).
2.2 Объекты исследования
Тестовые образцы - гальванические пленки никеля, меди, золота и слоистые исполнительные элементы УМСТ на их основе (трехслойные мембраны на упругих подвесах разной толщины, сформированные по технологии поверхностной микрообработки с применением полиимидных жертвенных слоев).
2.3 Методы исследования
. Оптическая микроскопия ( оптический микроскоп Аксиоскоп (Axio Imager), производитель: Карл Цейз (Carl Zeiss) - для определения линейных размеров подвижных элементов. Прибор последовательно фокусируют на верхнюю и нижнюю горизонтальные поверхности, ограничивающие высоту искомого уровня, после чего он вычисляет разницу в микрометрах между ними).
. Атомно-силовая микроскопия (зондовая нанолаборатория Интегра (NTEGRA), производитель: ЗАО НТ-МДТ, г. Зеленоград) - для определения параметров шероховатости Ra и Rz подвижных элементов. В эксперименте использовали полуконтактную методику работы зонда. В этом режиме зонд упруго деформирует исследуемую поверхность, периодически вступая с ней в механический контакт. Со стороны исследуемой поверхности и окружающей среды работе зонда противодействуют капилярные и ван-дер-ваальсовы силы. При обработке результатов была учтена погрешность отклонения зонда за счёт нелинейности пьезокерамического сканера, а также погрешность положения образца (речь идёт о наклоне исследуемой поверхности относительно зонда). Такой наклон всегда имеет место, поэтому рекомендуется исследовать образцы с минимально возможными геометрическими размерами.
. Измерительное динамическое наноиндентирование с помощью сканирующего нанотвердомера НаноСкан-3D, позволяющего измерять механические характеристики элементов конструкции устройств микросистемной техники в диапазоне деформаций от нескольких десятков до сотни милиньютонов.
2.4 Описание эксперимента
Актуальность
Микромеханические устройства на основе подвижных элементов консольного и мембранного типов находят широкое применение в технологии интегральных схем и устройствах МСТ различного назначения. На рабочие характеристики микроустройств в значительной степени влияют свойства основного элемента конструкции - подвижного элемента.
В свою очередь, свойства подвижных элементов устройств МСТ сильно зависят от технологии изготовления и типа конструкции.
Объектами исследования служили исполнительные элементы с крестообразным подвесом в виде круглых мембран на четырех упругих меандрах, сформированные по многоуровневой поверхностной технологии с применением жертвенных слоев на основе гальванического никеля, меди и золота.
Так как гальваническое осаждение является критической операцией в процессе изготовления исполнительных элементов, режимы осаждения оказывают наибольшее влияние на их механические и электрофизические характеристики. В связи с этим экспериментальная работа по исследованию режимов и условий гальванического осаждения как основной операции в процессе изготовления представляет большой интерес, а сравнительный анализ данных для различных конструкций подвижного элемента является актуальной задачей.
Содержание эксперимента
Проведенную экспериментальную работу можно разбить на несколько этапов:
. Выбор оптимальных режимов и условий осаждения никеля из сульфаминовокислого электролита для применений МСТ.
.1. Исследование режимов гальванического осаждения никеля [19].
Цель: Определить режимы гальваники (плотность тока, температура электролита, время осаждения), при которых толщина осажденной пленки никеля составляет 1.5 мкм (выбор толщины обусловлен хорошим соотношением механических и электрических свойств покрытий [13]).
Задачи: а) провести три однофакторных эксперимента для определения зависимости параметра осаждения от толщины; б) выбрать режимы осаждения, обеспечивающие толщину пленки никеля 1.5 мкм.
Объекты исследования: (12 шт.) кремниевые подложки со сформированными с помощью технологии поверхностной микрообработки полиимидными жертвенными слоями для формирования подвижных элементов.
Рис.2.2. Объект исследования (фронтальный вид).
Методы исследования: оптическая микроскопия.
.2. Исследование морфологии гальванических пленок никеля при различных режимах осаждения [20].
Цель: определить режимы гальванического осаждения, обеспечивающие минималь