國立臺灣師範大學

國立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 光機電技術實驗 光機電技術實驗

指導教授：楊 啟 榮 博士

指導學長：王裕強、古耀方、張龍吟 羅嘉佑、賴昶均

國立台灣師範大學 機電科技學系

Tel: 02-23583221 ext. 14; E-mail:ycr@ntnu.edu.tw

NTNU IMT

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

國立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。

NTNU IMT

-4-

Li

G

A

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

國立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

NTNU IMT

製程流程圖 製程流程圖

Si基底上長SiO2與濺鍍Ti/Cu

曝光顯影主結構形狀

電鑄主結構 旋佈AZ4620光阻

曝光顯影蝕刻視窗

氯化鐵蝕刻Ti/Cu

BOE蝕刻SiO₂

KOH蝕刻Si基底

國立台灣師範大學機電科技學系 -7-

各實驗步驟

各實驗步驟OM OM 圖 圖

曝光顯影主結構形狀 曝光顯影主結構形狀

電鑄主結構 電鑄主結構

NTNU IMT

-8-

曝光顯影蝕刻視窗 曝光顯影蝕刻視窗

氯化鐵蝕刻 氯化鐵蝕刻Ti/CuTi/Cu

國立台灣師範大學機電科技學系 -9-

BOE蝕刻BOE蝕刻SiO2SiO2

KOH蝕刻KOH蝕刻Si基底Si基底

NTNU IMT

未釋放

未釋放 釋放後釋放後

國立台灣師範大學機電科技學系 -11-

結構的 結構的 SEM圖 SEM 圖

單臂式微致動器 微夾爪

NTNU IMT

-12-

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

國立台灣師範大學機電科技學系 -13-

作動影片 作動影片

單臂式微致動器

NTNU IMT

微夾爪

作動影片 作動影片

國立台灣師範大學機電科技學系 -15-

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0.16mA時，具 24 μm之大位移量。

3. 實驗證明線寬在 10-15μm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。

NTNU IMT

-16-

敬請批評與指教 敬請批評與指教

Thank you for your attention!

Thank you for your attention!