基于激光/微笔直写的静电驱动可变电容制备技术研究

摘要

在射频领域，射频微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)可变电容拥有广阔的发展前景，近些年来得到国内外众多MEMS 科研机构的广泛重视。激光微熔覆技术和微笔直写沉积技术因柔性化程度高而成为MEMS 微制造领域重要的新型微加工制造技术。
　　 在国家“863”高技术发展研究计划项目的资助下，本课题设计并制造了一种上极板可动，下极板固定的静电驱动RF MEMS可变电容。其上极板结构层和下极板与底层电极材料为Au 导体浆料，牺牲层材料为聚酰亚胺（PI），基片材料为石英玻璃。利用本实验室自主研发的多功能直写微制造基础工艺实验平台，底层Au 电极和外围电路使用激光微熔覆技术制备，上极板Au结构层和PI 牺牲层使用微笔直写技术制备得到，然后使用氧等离子干法刻蚀PI 牺牲层，即制得静电驱动可变电容。
　　 文中讨论了微笔沉积直写加工工艺制造MEMS 静电驱动可变电容的工艺流程和加工过程。其中，激光功率密度和扫描速度是激光微熔覆技术最重要的两个工艺参数，它们严重影响着微熔覆层的线宽，膜层形貌及其导电性能，文中作了详细的研究。结果表明，随着激光功率密度减小和扫描速度增大，微熔覆层的线宽会减小，而微熔覆层的方阻则会增大，也即膜层的导电性能变差。而且功率密度和扫描速度都存在着一个极限范围，超出此范围难以得到质量较好的微熔覆层导线。
　　 文中还对所制造的可变电容的绝对电容量、压控特性以及质量因子进行了性能测试与分析。结果表明，当驱动电压从0V增至38V时，该平行板式静电驱动可变电容的电容量从0.1705pF增加到0.1919pF，调节范围为12.55%，在1GHz 下Q 值为20。并从材料、工艺和结构等方面对该性能进行了分析，给出了改进意见。
　　 通过本文的研究，为静电驱动可变电容的制备提供了一种新途径，并为具有自主知识产权的激光-微笔直写集成制造工艺走向MEMS 领域奠定了一定的基础。