激光微加工微结构体及超薄型Pt膜温度传感器的研究

论文摘要

随着MEMS技术的飞速发展,具有高灵敏度、高稳定性、可靠性好、在微小空间具有检测能力的微传感器及相关微结构体已成为当今微电子技术领域中的研究热点。本文采用激光微加工技术研制了多种微结构体以及超薄型Pt膜温度传感器。本文阐述了激光微加工的特点、工作原理以及系统构成,并对激光微加工技术作了系统的研究。研究了激光划片工艺参数与Al2O3陶瓷基体刻槽深度和宽度之间的关系,以及激光调阻工艺参数与Pt薄膜调阻精度的关系。通过对具体激光微加工技术的研究,为采用激光微加工制作微结构体提供充实的依据。采用激光划片控制软件进行图形设计,并采用激光划片机制作了风速、气体和温度等多种传感器的掩模板和镀膜夹具,实现了这些传感器的磁控溅射方法制作,明显减小各种传感器的尺寸,提高了传感器的敏感性能;制作了微机械机器人的夹具、悬臂梁等微器件,减小了机器人的尺寸。通过微观分析研究了激光微加工中工艺参数对加工件的影响。本文研制的超薄型Pt膜温度传感器具有基体超薄、尺寸小、稳定性好、响应时间快和可靠性高等优点,灵敏度和Pt热电阻一致。薄膜基体采用电化学腐蚀方法生成的Al2O3陶瓷,厚度小于0.1mm,传感器的表面尺寸可达到3mm×2mm,整个传感器体积比传统Pt膜温度传感器小了两个数量级以上。采用激光调阻技术对超薄型Pt膜温度传感器进行了图形设计和加工,调制的Pt电阻有50?和100?。为了解决传统引线焊接方式所容易出现的引线脱落的问题,采用激光划片技术在电极上刻引线槽,实现了引线和电极之间的嵌入式连接。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题相关领域的发展概况
• 1.2.1 激光微加工技术的发展概况
• 1.2.2 温度传感器的发展概况
• 1.2.3 薄膜温度传感器的发展概况
• 1.3 课题的目的和意义
• 1.4 本课题的来源及研究内容
• 第2章 激光微加工的工作原理及软件
• 2.1 特点及应用
• 2.1.1 特点
• 2.1.2 应用
• 2.2 激光调Q 的原理
• 2.2.1 调Q 激光器概述
• 2.2.2 调Q 原理
• 2.2.3 调Q 激光器的速率方程
• 2.2.4 速率方程的解
• 2.2.5 声光调Q 原理
• 2.3 激光微加工系统
• 2.3.1 系统结构
• 2.3.2 二运动控制系统的组成
• 2.4 软件控制及基代码编程设计
• 2.4.1 软件控制
• 2.4.2 基代码编程设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 激光微加工工艺研究及微结构制作
• 3.1 激光划片和激光调阻的参数研究与分析
• 3.1.1 激光划片工艺参数与调阻宽度与深度的关系研究
• 3.1.2 激光调阻工艺参数对调阻精度的影响研究
• 3.2 微器件的激光微加工研究
• 3.2.1 传感器掩模板的制作
• 3.2.2 夹具的设计与加工
• 3.2.3 激光微孔及激光微加工制作隔热槽
• 3.3 本章小结
• 第4章 超薄型Pt 膜温度传感器的制作和测试分析
• 4.1 Pt 膜温度传感器工作原理
• 4.1.1 Pt 电阻温度传感器的基本原理
• 4.1.2 Pt 膜温度传感器的特点
• 4.2 超薄型Pt 膜温度传感器的激光微加工和制作
• 4.2.1 超薄型Pt 膜温度传感器的设计
• 4.2.2 磁控溅射前陶瓷基片的激光微加工
• 4.2.3 Pt 膜磁控溅射研究和分析
• 4.2.4 激光调阻机对Pt 膜的加工和分析
• 4.2.5 基片分割和制作
• 4.3 超薄型Pt 膜温度传感器的测试与分析
• 4.3.1 测试方法和测试系统
• 4.3.2 测试过程
• 4.3.3 测试结果处理和分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢