微型電磁式致動器與微幫浦之設計與製作 陳震徽、李佳言
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摘 要
本研究之目的在於發展一種以金屬材料為基礎的表面微加工技術，此技術結合了微影、蒸鍍和電鍍製程，結合這些技術製 作出新型式之微致動器，並發展其在微幫浦之應用。製作方式乃是採用微機電製程來達到低成本及高精度之要求。致動器 的結構是利用電鍍技術鍍上銅線圈，當線圈通入電流後產生磁場使聚二甲基矽氧烷(PDMS)薄膜上的電鍍磁性材料產生磁力
，其當磁性材料的厚度為60 μm時，驅動此薄膜產生可控制之位移，達到致動的效果。再進而與微管道接合形成微幫浦，
其線圈尺寸方面為線寬75 μm間距90 μm、線寬100 μm間距120 μm、線寬125 μm間距150 μm等三種不同尺寸，並量 測其分別在不同磁力影響下產生的位移，最大位移量可達30.33 μm。微管道尺寸為11.35 x 4 mm，及深50 μm，當施 加3.07 W、電流0.36A、頻率60 Hz可達到最高流速1.4 ml/s。此研究並進而改變PDMS薄膜上的磁性材料厚度時量測其振動 位移，當磁性材料膜厚為110 μm時，搭配125 μm線寬的平行線圈，電流為0.5 A，其位移為20.24 μm，而磁性薄膜厚170 μm其位移為9.35 μm，可知當磁性物質體積越大相對聚磁效果越好，但因結構剛性變大故位移量並無相對增加。
關鍵詞 : 致動器，微型線圈，微機電系統技術，電鍍磁鐵，磁性材料 目錄
封面內頁 簽名頁 授權書………...………….…... iii 中文摘要………
………..….….... iv 英文摘要……… v 誌謝………
………...….... vi 目錄……….……... vii 圖目錄………
……….….. xi 表目錄……….…...…. xiv 符 號說明………..……...…. xv 第一章 緒論 1.1 前言………..…..
………. 1 1.2 微機電系統之概述與發展………. 2 1.3 微型致動器發展之概述………. 2 1.4 微型幫浦發展之概述………....…. 3 1.5 文獻回顧………..……... 3 1.6 研究動機與 目的………...…... 6 第二章 微型致動器 2.1 研究目的………..…..……. 9 2.2 致動 器微小化之優點………. 9 2.3 微型致動器之類型………... 10 2.3.1 電磁式致動器…
………..….…...…. 10 2.3.2 電熱式致動器……….….…... 12 2.3.3 靜電式致動器………..……
…. 15 2.3.4 壓電式致動器………..…... 16 第三章 微型幫浦 3.1 研究目的……….…….
…... 17 3.2 微型幫浦之類型……….…...…... 17 3.2.1 壓電式微幫浦……….……... 18 3.2.2 靜 電式微幫浦……….……...….….. 19 3.2.3 熱驅動式微幫浦………...…… 20 3.2.4 記憶合金式微幫浦………
…………...… 20 3.2.5 電磁式微幫浦………... 21 3.3 微幫浦之應用………... 21 第四章 微型電磁式致動器製程技術 4.1 研究目的……….……... 24 4.2 電鍍技術………
……….……….. 24 4.3 電鍍銅金屬………...……... 24 4.4 銅鍍液之種類………
……... 25 4.5 電鍍控制條件………...….... 26 4.6 適用於電鍍的光阻………... 27 4.7 電鍍基本配備………... 28 4.8 PDMS之特性概述………...….…... 28 4.9 製程步驟 簡介……….……….. 30 4.9.1 蒸鍍種子層……….……... 31 4.9.2 厚膜光阻微影製程………
………...… 32 4.9.3 電鍍線圈通道……….….. 36 4.9.4 定義線圈圖形……….…... 37 4.9.5 蒸鍍線圈……….….……. 40 4.9.6 電鍍線圈………... 43 4.9.7 PDMS薄膜製程………
………... 45 4.9.8 電鍍磁性薄膜……….…... 46 4.9.9 線圈與上層板結合………... 50 第 五章 微型電磁式微幫浦設計與製造 5.1 研究背景……….…... 52 5.2 BOE蝕刻液之概述…………
………... 52 5.3 製程簡介………... 53 5.3.1 玻片清洗……….….…
…... 54 5.3.2 定義流道……….…….…... 54 5.3.3 BOE蝕刻……….……..…..…. 55 5.3.4 上板孔徑 定義………... 56 5.3.5 流道接合……….………….. 57 5.4 微型幫浦結合………
……….…... 57 第六章 結果與討論 6.1 微型電磁式致動器……….…... 59 6.1.1 磁場強度………
……….……... 59 6.1.2 磁場梯度……….……….. 62 6.1.3 位移量測……….……….. 64 6.2 微型電磁式微幫浦………... 67 6.2.1 不同電流下流率量測………….……....….. 69 6.2.2 不同頻率下流率 量測………....…... 75 第七章 結論 7.1 結論………..…... 77 7.2 未來與展望………
………..……. 78 參考文獻……….. 79
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