[发明专利]一种基于柔性薄膜的MEMS执行器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS执行器及其制作方法，特别是一种基于柔性薄膜的MEMS执行器及其制作方法。

背景技术

随着微流控技术的发展，流体芯片实验室技术得到了广泛的研究。其中，为了将流体从储存腔体推送至外界系统，膜偏转执行器是微型流体泵送系统的重要部件之一，要求具有极高的位置精准性和灵活可控性。目前已经报道的用于流体泵送系统中，微执行器驱动动力源主要是基于压电式、电磁式、静电式和热气式的工作原理。其中利用电磁驱动的微型泵送系统由于低功耗和控制精准等特点得到了大量的开发利用。但是市场上主流泵送系统中使用的微执行器膜大都采用硅基板制成，众所周知，硅是脆性材料，具有较低的柔韧性和易断裂性。其次，直接将永磁体固定在硅基板下方，当施加其上的机械力过大时，硅基板经常会出现裂纹，甚至是断裂的危险。而且，此技术的组装工艺难度高，无疑也增加了制作成本。在设备的长期使用过程中，由于无法保证泵送系统的机械稳定性和可靠性，使命寿命和安全系数都大大降低。另一方面，永磁铁的直接使用虽然工序简单，但是磁铁太硬，影响薄膜的运动效果，而且磁铁和基板之间的粘性也会长久失效。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于柔性薄膜的MEMS执行器及其制作方法。本发明具有优异的柔韧性和高断裂强度，大大增加了设备的稳定性和效能以及使用寿命。本发明还采用磁性复合材料来替代永磁铁的使用，可以同时保证薄膜的柔性和磁力的强度，提高了实用性和便利性。

本发明的技术方案：一种基于柔性薄膜的MEMS执行器，包括透明基底，透明基底的中部设有铜线圈，铜线圈的两端分别连接有设置在透明基底上的导电片，透明基底的两侧经间隔层设有硅衬底，硅衬底上设有一层柔性薄膜，柔性薄膜的内表面上设有一层磁性复合层，磁性复合层位于铜线圈的上方。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器中，所述磁性复合层由聚合物溶液和磁性颗粒(NdFeB磁性颗粒)均匀混合而成，磁性颗粒的体积密度为2％-10％。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器中，所述铜线圈和导电片通过磁控溅射系统蒸镀在透明基底上，其厚度范围为100nm-200nm。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器中，所述硅衬底上设有与磁性复合层大小一致的方孔；硅衬底是通过4英寸的硅晶圆刻蚀而成，硅衬底的厚度为500μm，在KOH或者TMAH溶液中的湿法刻蚀角度为54.7°。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器中，所述透明基底上设有四个通孔，四个通孔内分别固定两个导电片和铜线圈的两端，铜线圈的两端通过铜电极分别与两个导电片连接，铜电极设置在透明基底的背面。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器中，所述柔性薄膜是高分子聚合物薄膜。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器中，所述透明基底是玻璃板或亚克力板。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器中，所述导电片上通过导电胶将铜丝固定在其上。

根据前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器的制作方法，按下述步骤进行：

①准备一片玻璃材质的基底并用酒精和去离子水进行清洗；

②利用旋涂技术以500rpm的转速在30s内将PMDS液体均匀的覆盖在基底上面，并在70°的环境里加热10h-12h；

③将碾碎的NdFeB磁性颗粒均匀的散在聚合物溶液内，搅拌均匀；之后加热进行固化处理形成磁性复合层；

④制备好的磁性复合层粘附在PMDS薄膜表面，再将PDMS薄膜从玻璃材质的基底上剥离，然后覆盖在刻蚀好的单个硅衬底上，使用胶液进行粘性加固处理；

⑤利用激光切割机制作间隔层和透明基底；

⑥在透明基底上制作铜线圈和导电片；

⑦将间隔层、硅衬底依次叠加并粘附在透明基底上。

前述的基于柔性薄膜的MEMS执行器的制作方法中，所述透明基底上制作铜线圈的方法按如下步骤：

①将玻璃或或PMMA材质的透明基底用酒精和去离子水进行清洗；

②利用磁控溅射系统在透明基底蒸镀100nm-200nm厚度的铜层；

③利用旋涂技术以2000rpm的转速在30s内分别将HMDS溶液和光刻胶均匀的覆盖在铜层上面；

④将已制好的掩膜版放在光刻机内，并对光刻胶进行曝光处理，曝光时间为7s；

⑤将曝光后的透明基底放在显影液内，出现明显的光刻胶图案生成后取出；

⑥将透明基底放在加热板上，在110°的设定温度下进行5min的硬烘干；

⑦对铜层进行刻蚀，实现电极图案的转移；