台灣師範大學機電科技學系 -1-
UV- UV -LIGA LIGA製程應用於電熱式微致動器之研製 製程應用於電熱式微致動器之研製
國立臺灣師範大學
國立臺灣師範大學 機電科技學系 機電科技學系 機電光技術實作課程 機電光技術實作課程
Advisor:
Advisor: Chii Chii- -Rong Rong Yang Yang Student:
Student: Hsing Hsing- -Shian Shian Lee Lee Department of
Department of Mechatronic Mechatronic Technology Technology National Taiwan Normal University National Taiwan Normal University
Data: 04/11/2008 Data: 04/11/2008
C. R. Yang, NTNU MT
Outline Outline
z
研究動機與目的
z
結構設計與分析
z
製程流程圖
z
研究結果與討論
z
結論
台灣師範大學機電科技學系 -3-
研究動機與目的 研究動機與目的
研究動機：
z改善傳統的雙層式電熱致動器，會產生雙層材料剝離的缺點。
z改善冷熱臂式電熱致動器，需以高成本之半導體或X-ray LIGA製程 製造的缺點。
雙層式電熱微致動器 冷熱式電熱微致動器
研究目的：
z利用低成本UV-LIGA技術，製作輸出力大、結構強度增加之單層式 電熱式微致動器，並實際經由實驗驗證其性能。
C. R. Yang, NTNU MT
Li
thographie:光刻G
alvanoformung:電鑄A
bformung:模造LIGA製程： LIGA 製程：
5.模造 3. 電鑄
1. 光刻(X-ray, Laser, UV)
Base plate
Plastic (moulding compound)
Metal Resist structure
Electrical conductive base plate
Absorber structure
Mask membrane
Resist
2. 顯影
4. 金屬模仁
6. 脫模
Mould cavity Resist structure
Plastic structure
台灣師範大學機電科技學系 -5-
電熱式微致動器結構設計與分析 電熱式微致動器結構設計與分析
微致動器是由兩根電阻不同之懸臂樑(beam)固定接 合於電極，當通入電流時，
=每單位體積所產生熱，並以求得
=單位控制體積 I =所施加的電流(A) R =結構的電阻(Ω)
=電阻係數(Ω-cm) L =電阻長度(cm) A =電阻截面積(cm2)
有較大之電阻，所產生之焦耳熱較大，因而溫度上 升較高，故形成“熱”懸臂樑。反之，形成“冷”懸臂 樑。當熱膨脹變形量不同之兩根懸臂樑於電極固定 時，微致動器將朝“冷”懸樑方向成弧狀位移。
V R I2 V
q&
/ R=ρL A
ρ
Direction of motion
Hot arm
Cold arm
Dimple
Gap Flexure
C. R. Yang, NTNU MT
製程流程圖 製程流程圖
(a) Si 基底上長 SiO2 與濺鍍 Ti/Cu
(c) 曝光顯影主結構形狀
(d) 電鑄主結構 (b) 旋佈 AZ4620 光阻
(e) 曝光顯影蝕刻視窗
(f) 氯化鐵蝕刻 Ti/Cu
(g) BOE 蝕刻 SiO2
(h) KOH 蝕刻 Si 基底
台灣師範大學機電科技學系 -7-
各實驗步驟
各實驗步驟 OM 圖 OM 圖
曝光顯影主結構形狀 曝光顯影主結構形狀
C. R. Yang, NTNU MT
各實驗步驟
各實驗步驟 OM 圖 OM 圖
電鑄主結構 電鑄主結構
台灣師範大學機電科技學系 -9-
曝光顯影蝕刻視窗 曝光顯影蝕刻視窗
各實驗步驟
各實驗步驟 OM 圖 OM 圖
C. R. Yang, NTNU MT
氯化鐵蝕刻 氯化鐵蝕刻Ti/CuTi/Cu
各實驗步驟
各實驗步驟 OM 圖 OM 圖
台灣師範大學機電科技學系 -11-
BOEBOE蝕刻蝕刻SiOSiO22
各實驗步驟
各實驗步驟 OM 圖 OM 圖
C. R. Yang, NTNU MT
KOH 蝕刻KOH 蝕刻 SiSi基底基底
各實驗步驟
各實驗步驟 OM 圖 OM 圖
台灣師範大學機電科技學系 -13-
蝕刻基底釋放主結構 蝕刻基底釋放主結構
未釋放
未釋放 釋放後釋放後
C. R. Yang, NTNU MT
結構的 結構的 SEM SEM 圖 圖
單臂式微致動器 微夾爪
台灣師範大學機電科技學系 -15-
微致動器性能測試 微致動器性能測試
頻率產生器 頻率產生器
頻率控制程式 頻率控制程式 電源供應器 電源供應器
長工作距離 長工作距離 顯微鏡 顯微鏡 螢幕
螢幕
微結構測試設備 微結構測試設備
C. R. Yang, NTNU MT
作動影片 作動影片
單臂式微致動器
台灣師範大學機電科技學系 -17-
微夾爪
作動影片 作動影片
C. R. Yang, NTNU MT
結 結 論 論
1.本實驗已成功利用UV-LIGA技術，製作出微致動 器。
2.本實驗之微致動器具有在電流0.16 mA時，具24 μm之大位移量。
3. 實驗證明線寬在 10-15 μm的單熱臂和雙熱 臂 之製程，具有極佳的成功率。
4.當電流超過最大位移量之電流時，致動器之熱臂
會因過熱負載而燒毀。
台灣師範大學機電科技學系 -19-
