彈性基底非硅MEMS微加工技術及其應用研究.pdf

1、現(xiàn)有非硅MEMS微加工技術的材料主要集中在金屬和無機材料的研究上，對于以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為代表的聚合物材料的應用，大多局限在生化檢測器件的封裝用途，而其作為結構材料時所體現(xiàn)出的高彈性與低介電常數(shù)的性能一直未被重視。
　　本論文以PDMS作為研究對象，研究了其作為MEMS器件結構材料時的力學與電學性能，然后從目前微電子行業(yè)與醫(yī)學領域迫切需要解決的兩個典型應用出發(fā)，設計了以PDMS作為彈性基底材料的MEMS探針卡和腦電信號采

2、集干電極。本論文所述的MEMS探針卡探針間距為100μm，可進行陣列式引腳芯片的測試。測試頻率為3GHz時，本論文所述的MEMS探針卡插入損耗小于-0.2dB。與傳統(tǒng)方式加工的懸臂梁式探針卡相比，具有探針排布密度高，高頻性能好等特點；同樣，以PDMS作為彈性基底材料制備的腦電信號采集干電極克服了傳統(tǒng)濕電極不適合進行長時間腦電信號采集、測試過程耗時且對檢測環(huán)境要求很高的特點，而且以PDMS作為封裝材料可顯著改善使用干電極陣列進行腦電信號檢

3、測時被試者的不適感。
　　本論文將PDMS聚合物引入 MEMS探針卡與腦電極的制備過程，拓展了非硅MEMS技術的應用領域，研究過程中積累的PDMS材料的工藝數(shù)據(jù)和設計經(jīng)驗可應用于其他非硅MEMS產(chǎn)品的開發(fā)。
　　本論文主要內容包含如下幾個方面：
　　（1）本論文首先綜述現(xiàn)有非硅MEMS微加工技術的加工工藝和常用的結構材料，并對非硅MEMS微加工技術的典型應用做了概括。接著，綜述了芯片測試探針卡與腦電測試干電極的發(fā)展趨勢

4、。
　?。?）力學性能是PDMS彈性基底材料最重要的物理性能。本論文根據(jù)PDMS的化學組成，利用統(tǒng)計學的方法定量計算其分子鏈的末端距和熵，進而對交聯(lián)狀態(tài)的PDMS塊狀材料的彈性做出完整解釋。利用納米壓痕儀對PDMS塊狀材料的彈性進行測試，并與理論彈性進行對比。根據(jù)實測值得出PDMS彈性基底的彈性系數(shù)，為接下來的器件設計提供理論依據(jù)。
　?。?）電學性能是PDMS彈性基底材料另一個重要的物理性能。本論文首先通過電磁仿真軟件對P

5、DMS彈性基底上的共面波導進行模擬，以此為器件加工提供理論依據(jù)。參照模擬值，在PDMS彈性基底上制備共面波導，對所制備的波導結構分別進行低頻與高頻性能測試，并對其在0-10GHz范圍內的高頻性能與加工在高阻硅襯底上共面波導的性能進行對比。
　?。?）本論文設計了以PDMS作為彈性基底材料可用于高密度引腳芯片以及射頻芯片測試的MEMS探針卡。闡述了探針卡加工工藝的優(yōu)化過程，并對探針卡進行接觸測試、低頻測試、射頻測試，并參照微電子行業(yè)

6、測試標準與加工在高阻硅基片上的模擬芯片進行聯(lián)測。以PDMS作為彈性基底的MEMS探針卡達到或超過了微電子行業(yè)對于探針卡電氣方面的要求。
　?。?）本論文以PDMS作為彈性基底材料，制備了可以用于腦電信號檢測的干電極。為確保其滿足腦電信號采集的要求，對所制備的腦電采集干電極進行人體測試。通過比較所制備的干電極與濕電極采集到的腦電信號，驗證了所制備的腦電采集干電極的性能。接下來，通過光刻與電鑄工藝制備了平面陣列式干電極，通過澆鑄PDM