哈工大-精密和超精密加工技术-大作业《精密和超精密加工技术》课程大作业院（系）英才学院专业机械设计制造及其自动化姓名xxx学号612xxx班号1236xxx完成日期2015.7.8哈尔滨工业大学机电工程学院2015年精密和超精密加工技术（大作业）目录1前言 (1)2LIGA工艺[2] (2)3UV-LIGA工艺[3] (4)4LIGA技术的应用[5] (5)5结论[6] (6)参考文献 (6)LIGA技术及其应用摘要：微电子机械系统（MEMS）技术的兴起及其在现代信息社会中的广泛应用，推动了能实现高深宽比三维微细加工的LIGA及准LIGA技术的迅速发展。

本文介绍了LIGA相关技术的发展状况并举例说明了它们在射频、光学等方面上的一些应用。

关键词：三维微细加工；LIGA技术；UV-LIGA技术The Development and Application of LIGA Abstract: LIGA and quasi-LIGA technologies used for high aspect ratio 3-D micromachining were accelerated by the rise and wide applications in information society of MEMS (micro-electro-mechanical systems) technology. LIGA and related technologies are presented, and the applications of these technologies are illustrated for examples.Keywords: 3-D micromachining；LIGA technology；UV-LIGA technology1 前言随着MEMS技术的发展和人们在微机械制造方面所取得的成就，对各种微执行器、微传感器等微结构的制造方法的研究成为MEMS 技术研究的一个热点，同时微机械制造技术也是MEMS技术向更高层次发展的推动力。

微结构的广泛应用直接导致MEMS市场对三维微机械部件的需求量呈指数增长。

因此，三维微细加工技术就成为MEMS技术非常重要的工艺技术之一[1]。

LIGA是德文Lithographie、Galvanoformung和Abformung三个词的缩写，是X射线深层光刻、微电铸和微复制工艺的完美结合，20 世纪80 年代由德国卡尔斯鲁尔核研究中心开发而成。

LIGA 技术自问世后, 发展非常迅速, 德国、美国和日本都开展了该技术领域的研究工作。

LIGA 技术是一种利用同步辐射X 射线制造三维器件的先进制造技术。

它由X射线掩模板制备、同步X射线光刻、微结构模具、微电铸和微复制工艺组成，用LIGA 技术可以进行微器件的大批量生产,使成本大大降低。

LIGA 技术主要有以下几个特点：•它的产品具有很大的结构强度，因而坚固耐用，实用性强；•LIGA 产品可以用多种材料制备，如金属、陶瓷、聚合物等；•可以直接生产复合结构。

并同时具有电路制作能力，便于制作机电一体•可以获得亚微米级精度的微结构；•便于批量生产和大规模复制，因而成本低廉价格便宜。

它的最大特点是能加工高深宽比的微结构。

目前利用LIGA 技术加工的微结构典型参数见表1。

表 1 利用LIGA技术加工的微结构典型参数典型参数数值结构深度20μm～500μm （最大可达1mm）深宽比200 最小尺寸2μm 表面最小细节0.5μm表面粗糙度0.03μm～0.05μm （峰谷差）加工精度0.1μm最大结构尺寸20mm～60mm2 LIGA工艺[2]图1是LIGA工艺中的主要制作步骤。

它包括三个基本步骤：借助同步辐射X光实现的厚胶曝光、将样品结构浸入电解液中在凹槽处电镀金属和实现微复制的注塑成形。

LIGA技术之所以能实现高深宽比的三维微结构，其关键是深层光刻技术。

为了实现高深宽比、纵向尺寸达到数百微米的深度刻蚀，并且侧壁垂直、光滑，一方面需要高强度、平行性很好的光源，这样的光源只有用同步加蚀剂必须有良好的分辨力、机械强度、低应力,同时还要与基片粘附性好。

用于深层X光光刻的光刻胶一般用综合性能良好的有机聚合物聚甲基丙烯酸甲酯Poly (methylmethacrylate) -PMMA。

PMMA是正性光刻胶，有很好的透光性。

这种情况下光源的条件是能量为10 keV,波长为0.2～0.8 nm。

然而PMMA有其本身的吸收性和热学特性的局限，其低灵敏度是一个尤其严重的问题,这将影响生产效率。

因此需要尽可能地增大同步加速器的辐射能量。

为了减小光刻过程的成本费用，主要方法是使用具有更高能量的质子,达到MeV量级。

由于增加了X光的穿透能力，同样的时间内可以使更多的光刻胶曝光。

另一个引起人们注意的减小光刻成本的方法就是用开发使用灵敏度更高的光刻胶。

a)L IGA工艺中的主要制作步骤b) 典型LIGA工艺流程图图 1 LIGA技术的典型工艺流程该技术使用紫外光源对光刻胶曝光，光源来自于汞灯，所用的掩膜板是简单的铬掩膜板。

其原理步骤如图2所示。

该工艺分为两个主要的部分：厚胶的深层UV光刻和图形中结构材料的电镀。

其主要困难在于稳定、陡壁、高精度的厚胶模的形成。

对于UV-LIGA适用光刻胶的研究，做得较多的是SU-8胶[4]。

SU-8胶是一种负性胶,即曝光时，胶中含有的少量光催化剂(PAG)发生化学反应，产生一种强酸，能使SU-8胶发生热交联。

SU-8胶具有高的热稳定性、化学稳定性和良好的力学性能，在近紫外光范围内光吸收度低,整个光刻胶层可获得均匀一致的曝光量。

因此，将SU-8胶用于UV-LIGA中，可以形成图形结构复杂、深宽比大、侧壁陡峭的微结构。

其不足之处是存在张应力,以及烘烤量大时在工艺的后段难以除去。

值得指出的是，SU-8胶在X光辐照下无膨胀、龟裂等现象,且对X光的灵敏度比PMMA高几百倍,因此有人[4]研究将它用于标准LIGA技术中替代PMMA,以降低光刻过程的成本费用。

UV-LIGA技术也可以采用了商品化的AZ4562光刻胶[5]。

该光刻胶粘性大、透过性好，涂胶厚度可以达到100μm。

厚胶的烘烤工艺要求很严格,它将决定结构图形的最小特征尺寸和最大深宽比。

烘烤温度和时间取决于光刻胶的厚度。

但是为了获得无龟裂的光刻胶，其温度一般不能超过120℃。

一般情况下,用紫外光对光刻胶进行大剂量曝光时,光刻胶不宜太厚。

用紫外线作光源和多层光刻胶技术来代替同步辐射X光深层光刻的多层光刻胶LIGA工艺,可以看作是改进型的UV-LIGA技术。

此技术是先对最上层胶用紫外光刻蚀的方法加工图形,然后以此作掩膜用RIE刻蚀下面部分，实现光刻图形向下层的转移。

图 2 UV-LIGA工艺技术4.1 在射频技术上的应用半导体技术的进步推动了平面型单片微波集成电路(MMICs)的发展，使得在一块芯片上设计小型化、多功能化、高性能化的RF电路成为可能。

然而，随着通信系统中频率的使用达到Ka波段(25～40GHz)以及宽带性能的需要，传统电路技术受到了技术上的局限。

对于微波传输带，由于高频段上的损耗大，宽频带性能很难实现。

为了克服传统传输线的缺点，提出了采用新的RF MEMS传输线结构。

由于LIGA技术可以形成厚度大(10μm～1mm)、侧壁陡(垂直度优于89.9°)的导体，相比于传统集成传输线,这将增大电路的传导界面和耦合性。

这些优点使得LIGA技术在微波、毫米波器件上的应用受到了重视。

LIGA结构可以用于发射机、宽带滤波器的单片电路，而用传统的薄膜工艺技术难以实现。

图3是用准LIGA技术制作的用于Ka波段的宽带滤波器。

图中的金属导体侧壁陡峭，厚度为104μm，接近设计值100μm。

图 3 LIGA带通滤波器的SEM照片4.2 发展趋势由于LIGA技术需要昂贵的同步辐射X射线光源和X射线掩模板，加工周期较长, 这大大限制了LIGA技术的普及和推广。

近几年来开发出了多种替代工艺，统称为准LIGA 技术。

虽然准LIGA 技术达到的技术指标低于同步辐射LIGA 技术，但由于其成本低廉，加工周期短，大大扩展了LIGA 技术的应用范围。

LIGA技术相对于其它微制造技术存在一些优势，且具有柔性。

采用X射线深层光刻制造具有大结构高度，高深宽比的组件、系统或模具仍然是目前最为精确的批量生产技术。

LIGA 技术最令人感兴趣的是它可以通过复制技术提供各种材料的微结构，尤其是金属和聚合物。

这种技术的实用性和加工的柔性正通过更先进的工艺、牺牲层技术、多层和倾斜曝光技术与其它微制造工艺通过多道加工或装配形成复合工艺等得以进一步加强和扩展。

LIGA 技术所胜任的几何结构不受材料特性和结构方向的限制，可以制造出各种金属、合金、塑料、玻璃、陶瓷等材料的微机械。

因此，它是微机械制造技术的一个飞跃。

LIGA 技术作为微机械三维立体结构的首选制造工艺，已在各国得到更多、更广泛的重视。

当前的主要应用领域为微机械器件、微光学、尤其是传感、光通信和数据通信网络。

未来具有较大影响的领域可能包括大面积、高精度图形化以及应用于各种应用的铸造工具的制造。

参考文献[1] 张永华. LIGA相关技术及应用[J]. 传感器技术, 2003,(22): 60-64.[2] 李永海. LIGA/准LIGA技术微电铸工艺研究进展[J]. 电子工艺技术, 2005, (26):1-6.[3] 孔祥东, 张玉林. LIGA工艺的发展及应用[J]. MEMS器件与技术, 2004, (5): 13-18.[4] 吴广峰, 胡鸿胜, 朱文坚. LIGA工艺基础及其发展趋势[J]. 机电工程技术,2007,(36):89-95.[5] 杜立群, 莫顺培. UV-LIGA和微细电火花加工技术组合制作三维金属微结构[J]. 光学精密工程,2010,(18): 363-368.[6] 刘刚, 田扬超. 国家同步辐射实验室的LIGA技术研究及应用[J]. 机械工程学报,2008,(44): 47-52.。