[发明专利]基于氧化铝薄膜与聚合物联合作用的电热微驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的装置，具体是一种基于氧化铝薄膜与聚合物联合作用的电热微驱动器。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)技术的不断发展，微结构器件和系统在信息业，航空航天业，医疗，环境科学等很多领域都得到广泛应用。MEMS技术的核心工作是微传感器和微驱动器的设计和制造，其中微驱动器作为可动部分，其动作范围的大小，可动效率的高低，动作的可靠性等指标决定了系统的成败，是微机电系统中最重要的环节。因此研究发明小体积，低重量，低功耗等具有优良性能的微驱动器是现代研究技术的热点。

微驱动器按驱动方式的不同分为电磁型，静电型，压电型，电热型等各种类型微驱动器。电磁型微驱动器在数毫米尺寸时可产生较大的驱动力，同时也具有较大的驱动位移，但由于电磁驱动器需要加工线圈和磁体，涉及三维微加工技术，加工起来比较困难，不利于标准化生产；静电型微驱动器在微小尺寸时显示出许多优越性，例如静电驱动时器件尺寸越小，其单位体积上的力越大，它的缺点是驱动电压高，但动作范围很小；压电型微驱动器，由于电荷量的大小与外加力成正比，可输出较大的驱动力，但工作电压通常在数十伏到数百伏，而且受到材料的限制；电热型微驱动器虽然响应频率较低，动态特性较差，但是相对于前几种驱动器来讲，具有驱动电压低，驱动力大，行程大等优点，重要的是制作工艺简单，适于批量化，因此在微机械中使用广泛。

经对现有技术的文献检索发现，电热型微驱动器已被世界学者广泛研究。Peter等在《MicroElectro Mechanical Systems》(中文名《微机电系统》)2010年第23次会议第1151页上发表的题名“Scaling of Folded Electro-thermal Actuators”(中文名称“折叠型电热驱动器的尺寸研究”)，报道了一种由金属和氧化物作为双层膜结构的折叠型热驱动器，在分布加热的条件下，这种结构的热驱动器比多层膜热驱动器热敏感性能高26％，该热驱动器主要用于旋转微镜系统，在低电压驱动的情况下(2V～12V)，可实现大的角位移范围从45°～90°，可调范围很大，但这种驱动器结构复杂，给加工带来一定难度，而且成品率不以保证，故文中采用拓扑法制作一系列对称结构，以代替不理想结构。

Trinh Chu Duc等在《Journal of Microelectromechanical Systems》(中文名《微机械系统》)2008年第17卷第823页上发表的题名“Polymeric Thermal Microactuator With EmbeddedSilicon Skeleton：Part II-Fabrication，Characterization，and Application for 2-DOFMicrogripper”(中文名称“具有嵌入型硅骨架的聚合物电热微驱动器：第二部分——二自由微夹钳的制作，特性及应用”)，报道了一种由具嵌入式硅骨架的聚合物电热微驱动器组合而成微夹钳结构，主要用于夹持尺寸在6到40μm的微结构，此微夹钳结构由4个基于聚合物SU8的电热微驱动器组成，该驱动器驱动臂长360μm，宽125μm，厚30μm，尺寸较小，驱动位移较小，该驱动器在2.5V电压下，驱动位移仅为9μm。此结构由硅作为结构支撑，涉及深度反应离子刻蚀技术，铝作电阻丝发热结构，涉及溅射技术，以及SU8胶填充技术，KOH刻蚀等微加工工艺，工艺种类多，操作复杂，不易实现。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于氧化铝薄膜与聚合物联合作用的电热微驱动器，利用多层膜材料不同，其热学性能及机械性能有显著差异，从而实现在小功率驱动下，输出较大的面外位移，该热驱动器结构简单而且制作工艺可靠，适于批量制造。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：热基座、氧化铝结构层、镍电阻丝发热层和聚合物功能辅助层，其中：镍电阻丝发热层、氧化铝结构层和热基座依次由上而下设置，所述的氧化铝结构层为重叠部和悬臂梁部构成的T字型结构，聚合物功能辅助层覆盖于氧化铝结构层的悬臂梁部的外部并包裹镍电阻丝发热层，驱动电压施加于镍电阻丝发热层的悬臂梁部上。

所述的热基座为金属制成的支撑结构，该热基座以硅或玻璃圆片为衬底，采用UV-LIGA技术，通过紫外线曝光光刻对外接电路光刻出模具，再以电铸工艺电铸成型，保证热驱动臂的悬空高度。