近年来,随着现代先进制造技术的迅速发展,各种各样的新工艺新材料不断涌现,极大的推动了微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）制造技术的研究和应用。与目前主流的制造技术相比,直写技术具有无需掩膜、工艺简单、柔性化程度高等优势,探索直写技术在MEMS元件制造领域的应用具有重大意义。悬空微桥结构是大多数MEMS元件的基础结构。本文以微桥结构为制造对象,选择由实验室自主合成的聚酰亚胺（PI）为牺牲层,商业厚膜金浆料（Au）为结构层材料,提出了基于微笔直写成型工艺制备微桥结构的工艺流程,并分别对工艺流程中微笔直写工艺、热处理工艺及刻蚀工艺进行了研究。微笔直写工艺中,通过系列实验探索了微桥尺寸的工艺控制规律,分析了微笔直写工艺参数如直写速度、气体压力、笔头高度、直写次数和材料粘度等对微笔直写PI层和Au层图形的厚度和宽度的影响。结果表明,微桥尺寸可主要通过改变直写速度和气体压力等参数进行调节,笔头高度的调节作用并不明显。热处理工艺中,Au结构层的热处理温度必须小于PI牺牲层的玻璃化温度,但又要使结构层具有一定的强度使微桥结构能够站立。实验证明,Au结构层的热处理温度在250oC350oC为宜。刻蚀工艺中,采用氧等离子体干法刻蚀去除PI牺牲层,研究了氧流量、射频功率以及微桥尺寸对刻蚀速率的影响规律。在PI层厚度为5μm,Au层宽度为200μm,射频功率为250 W,氧流量为2 L/min时,典型的PI刻蚀速率约为670 nm/min。通过优化工艺参数,成功制备了形貌较好的悬空微桥结构,桥长200μm左右,桥高为713μm,桥厚在10μm左右。实验结果表明,采用微笔直写工艺制造MEMS元件具有可行性,本论文的工作为微笔直写工艺在MEMS元件制造领域的应用打下了基础。
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