专利名称：一种微机械百叶窗的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微机械百叶窗的制作方法，特别是用于卫星主动热控、以不锈钢 为主要结构材料的微机械百叶窗的制作方法。
背景技术：
微机械百叶窗在航天器热控领域有很迫切的应用需求，它的主体结构为一个可以 开合的微窗，通过调整施加在微窗和基底之间电压的通断及大小来控制微窗的开合角度， 相当于调节散热面的大小，从而实现了航天器的主动热控制。专利(专利号US62^116)提 出了一种微机械百叶窗，这种微机械百叶窗由于采用硅作为结构材料，而硅是脆性材料，对 于微机械百叶窗这种需要大角度旋转的器件来说，硅有抗疲劳强度低、寿命短和可靠性低 等诸多不足。而现有的百叶窗制造方法通常为硅基集成电路加工工艺，导致很难采用其他 的材料作为百叶窗的结构材料。发明内容
本发明的目的是解决传统硅基微机械百叶窗制造方法的不足，提高微机械百叶窗 器件寿命和可靠性。
本发明提出了一种基于湿法腐蚀和激光加工技术的微机械百叶窗的制作方法，包 括以下步骤
1)选取不锈钢基片，并对其表面进行清洁处理；
2)在不锈钢基片的上下表面上，采用喷涂法制备一层正性光刻胶，并根据光刻胶 的型号选择预固化温度，对光刻胶进行预固化；
3)在基片上表面预固化后的光刻胶上，采用矩形孔阵列作为掩膜，在曝光机下进 行曝光；预固化后的下表面的光刻胶不曝光，作为保护膜使用；
4)将基片在显影液中浸泡进行显影；
5)将完成显影的基片烘烤以完成光刻胶的全固化；
6)将完成固化的基片放入腐蚀液中进行腐蚀，待基片腐蚀区域留下的厚度到达设 计的范围后停止腐蚀；
7)将完成腐蚀的基片放入光刻胶去胶溶液进行去胶，然后进行清洁；
8)在步骤7)完成的半面腐蚀的基片上下表面喷涂正性光刻胶，并对光刻胶进行 预固化；
9)在基片下表面的光刻胶上，采用扭梁式百叶窗腐蚀图形阵列作为掩膜，在曝光 机下进行曝光，基片上表面不曝光，作为保护膜使用；
10)将基片在显影液中浸泡进行显影；
11)将完成显影的基片烘烤以完成光刻胶的全固化；
12)将完成固化的基片放入腐蚀液中进行腐蚀，待基片腐蚀区域不锈钢薄膜被全 部腐蚀后停止腐蚀；
13)将完成腐蚀的基片放入光刻胶去胶溶液进行去胶，然后进行清洗；
14)采用与不锈钢基片等大的高热导率金属材料作为微型热控百叶窗基底，然后 在上表面制备一层高红外发射率、高绝缘强度材料作为红外发射层和电绝缘层；
15)将步骤13)完成的微型热控百叶窗窗叶结构和步骤14)完成的基底组装后固 定，并完成上下电极引线。
在步骤1 之后，可以在步骤13完成的基片上下表面均采用薄膜沉积工艺沉积一 层一定厚度的低红外反射率薄膜，减小百叶窗漏热，提高有效发射率调节量。
步骤1)所述的不锈钢基片厚度需大于设计的百叶窗窗叶的宽度，以保证百叶窗 正常开合。
步骤2、和步骤8)所述的光刻胶喷涂中，光刻胶喷涂厚度必须保证较好的均勻性 和一致性，因为光刻胶不均勻会导致曝光显影后图形变形，影响腐蚀效果和精度。
步骤3)所述的矩形孔阵列掩膜中矩形孔的尺寸要稍大于设计的百叶窗的单元尺 寸，腐蚀成型的网状结构主要作为微型百叶窗的结构支撑；
步骤6)和步骤1 所述的不锈钢腐蚀中必须考虑腐蚀液浓度和温度对腐蚀速率 的影响，需要进行预先试验进行腐蚀速率测定以决定腐蚀时间。
本发明的有益效果是
使用本发明所述方法，使得可以采用非硅的空间材料-不锈钢作为微机械百叶窗 的主体结构材料，使得微机械百叶窗具有较长的器件寿命、较好的空间环境适应性和较高 的可靠性。使用本发明所述方法制造的百叶窗可大幅度减轻航天飞行器热控分系统的重 量，增加宝贵的有效载荷，使卫星能够执行复杂的任务，实现机动变轨，大大提高了卫星的 性能和功能。本发明的加工工艺与硅基的加工技术相比，具有工艺简单、成本低的特点。
图1是矩形孔阵列掩膜示意图2是百叶窗单元掩膜示意图3为微机械百叶窗整体结构图。
其中1为高导热金属基底，2为高红外发射率、电绝缘膜层，3为不锈钢结构支撑 框架，4为窗叶下表面低红外反射率膜层，5为窗叶上表面低红外发射率膜层，6为百叶窗窗 叶，7为百叶窗的扭梁，8为窗叶的叶片。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明所述方法的优选实施方式进行说明。
具体实施例一
1.选取尺寸为50mmX50mmX 0.8mm的不锈钢基片，先用稀硝酸浸泡15分钟以去除 不锈钢片表面的氧化物，然后用浓碱液浸泡20分钟去除不锈钢片表面的油污，最后用去离 子水清洗后烘于；
2.在步骤1处理后的不锈钢基片的上下表面上，采用喷涂法制备一层正性SU-8光 刻胶，并在85摄氏度下对光刻胶进行预固化30分钟；
3.在步骤2制备的预固化后的上表面的光刻胶上，采用矩形孔阵列作为掩膜，在曝光机下进行曝光，其中，掩膜整体尺寸与不锈钢基片等大，矩形孔大小为2mmX lmm,间距 0. 2mm ；
4.将基片在光刻胶显影液中浸泡5分钟进行显影；
5.将步骤4完成显影的基片在95摄氏度下烘烤30分钟以完成光刻胶的全固化；
6.将步骤5完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用钛合金板作为阳极，在 常温下通10安培/平方分米的电流进行电解腐蚀，待基片腐蚀区域留下的厚度为0. 03mm 后立即停止腐蚀；
7.将步骤6完成腐蚀的基片放入温度为50摄氏度、5%的氢氧化钠溶液中进行去 胶，然后整体去离子水进行清洗，烘烤；
8.在完成半面腐蚀的基片上下表面喷涂正性SU8光刻胶，并在85摄氏度下对光刻 胶进行预固化30分钟；
9.在上次进行腐蚀的反面(基片下表面)的光刻胶上，采用扭梁式百叶窗腐蚀图 形阵列作为掩膜，其中，百叶窗整体尺寸为1. 9mmX0. 9mm,扭梁宽度为0. 015mm,阵列间距 0. 2mm，在曝光机下进行曝光，基片上表面不曝光，作为保护膜使用；
10.将基片在光刻胶显影液中浸泡5分钟进行显影；
11.将步骤10完成显影的基片在95摄氏度下烘烤30分钟以完成光刻胶的全固 化；
12.将步骤11完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用钛合金板作为阳极， 在常温下通10安培/平方分米的电流进行电解腐蚀，待腐蚀区域不锈钢薄膜被全部腐蚀后 立即停止腐蚀；
13.将步骤12完成腐蚀的基片放入50摄氏度、5%的氢氧化钠溶液中进行去胶，然 后整体去离子水进行清洗，烘烤，清洗时要防止损伤微结构；
14.在步骤13完成的基片上表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺沉积一层厚度为100 纳米的铝膜作为高红外反射率薄膜，在下表面沉积一层一厚度为100纳米的的金膜作为低 红外发射率薄膜；
15.采用与不锈钢基片等大的高热导率金属材料作为微型热控百叶窗基底，然后 在上表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺制备一层厚度为3微米的二氧化硅薄膜作为红外发 射层和点绝缘层；
16.将步骤14完成的微型热控百叶窗窗叶结构和步骤15完成的基底组装后固定， 并完成上下电极引线。
实施例二
1.选取尺寸为50mmX50mmX 0.6mm的不锈钢基片，先用稀硝酸浸泡15分钟以去除 不锈钢片表面的氧化物，然后用浓碱液浸泡20分钟去除不锈钢片表面的油污，最后用去离 子水清洗后烘干；
2.在步骤1处理后的不锈钢基片的上下表面上，采用喷涂法制备一层正性SU-8光 刻胶，并在85摄氏度下对光刻胶进行预固化30分钟；
3.在步骤2制备的预固化后的上表面的光刻胶上，采用矩形孔阵列作为掩膜，在 曝光机下进行曝光，其中，掩膜整体尺寸与不锈钢基片等大，矩形孔大小为1.6mmX0. 7mm, 间距0. 2讓；
4.将基片在光刻胶显影液中浸泡5分钟进行显影；
5.将步骤4完成显影的基片在95摄氏度下烘烤30分钟以完成光刻胶的全固化；
6.将步骤5完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用钛合金板作为阳极，在 常温下通15安培/平方分米的电流进行电解腐蚀，待基片腐蚀区域留下的厚度为0. 02mm 后立即停止腐蚀；
7.将步骤6完成腐蚀的基片放入温度为50摄氏度、5%的氢氧化钠溶液中进行去 胶，然后整体去离子水进行清洗，烘烤；
8.在完成半面腐蚀的基片上下表面喷涂正性SU8光刻胶，并在85摄氏度下对光刻 胶进行预固化30分钟；
9.在上次进行腐蚀的反面(基片下表面)的光刻胶上，采用扭梁式百叶窗腐蚀图 形阵列作为掩膜，其中，百叶窗整体尺寸为1. 6mmX0. 6mm,扭梁宽度为0. 015mm,阵列间距 0. 2mm，在曝光机下进行曝光，基片上表面不曝光，作为保护膜使用；
10.将基片在光刻胶显影液中浸泡5分钟进行显影；
11.将步骤10完成显影的基片在95摄氏度下烘烤30分钟以完成光刻胶的全固 化；
12.将步骤11完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用钛合金板作为阳极， 在常温下通10安培/平方分米的电流进行电解腐蚀，待腐蚀区域不锈钢薄膜被全部腐蚀后 立即停止腐蚀；
13.将步骤12完成腐蚀的基片放入50摄氏度、5%的氢氧化钠溶液中进行去胶，然 后整体去离子水进行清洗，烘烤，清洗时要防止损伤微结构；
14.在步骤13完成的基片上表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺沉积一层厚度为120 纳米的铝膜作为高红外反射率薄膜，在下表面沉积一层一厚度为120纳米的的金膜作为低 红外发射率薄膜；
15.采用与不锈钢基片等大的高热导率金属材料作为微型热控百叶窗基底，然后 在上表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺制备一层厚度为2微米的二氧化硅薄膜作为红外发 射层和点绝缘层；
16.将步骤14完成的微型热控百叶窗窗叶结构和步骤15完成的基底组装后固定， 并完成上下电极引线。
实施例三
1.选取尺寸为45mmX45mmX 0.7mm的不锈钢基片，先用稀硝酸浸泡15分钟以去除 不锈钢片表面的氧化物，然后用浓碱液浸泡20分钟去除不锈钢片表面的油污，最后用去离 子水清洗后烘干；
2.在步骤1处理后的不锈钢基片的上下表面上，采用喷涂法制备一层正性SU-8光 刻胶，并在85摄氏度下对光刻胶进行预固化30分钟；
3.在步骤2制备的预固化后的上表面的光刻胶上，采用矩形孔阵列作为掩膜，在 曝光机下进行曝光，其中，掩膜整体尺寸与不锈钢基片等大，矩形孔大小为1.8mmX0. 8mm, 间距0. 2讓；
4.将基片在光刻胶显影液中浸泡5分钟进行显影；
5.将步骤4完成显影的基片在95摄氏度下烘烤30分钟以完成光刻胶的全固化；6
6.将步骤5完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用钛合金板作为阳极，在 常温下通20安培/平方分米的电流进行电解腐蚀，待基片腐蚀区域留下的厚度为0. 02mm 后立即停止腐蚀；
7.将步骤6完成腐蚀的基片放入温度为50摄氏度、5%的氢氧化钠溶液中进行去 胶，然后整体去离子水进行清洗，烘烤；
8.在完成半面腐蚀的基片上下表面喷涂正性SU8光刻胶，并在85摄氏度下对光刻 胶进行预固化30分钟；
9.在上次进行腐蚀的反面(基片下表面)的光刻胶上，采用扭梁式百叶窗腐蚀图 形阵列作为掩膜，其中，百叶窗整体尺寸为1. 7mmX0. 7mm,扭梁宽度为0. 015mm,阵列间距 0. 2mm，在曝光机下进行曝光，基片上表面不曝光，作为保护膜使用；
10.将基片在光刻胶显影液中浸泡5分钟进行显影；
11.将步骤10完成显影的基片在95摄氏度下烘烤30分钟以完成光刻胶的全固 化；
12.将步骤11完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用钛合金板作为阳极， 在常温下通10安培/平方分米的电流进行电解腐蚀，待腐蚀区域不锈钢薄膜被全部腐蚀后 立即停止腐蚀；
13.将步骤12完成腐蚀的基片放入50摄氏度、5%的氢氧化钠溶液中进行去胶，然 后整体去离子水进行清洗，烘烤，清洗时要防止损伤微结构；
14.在步骤13完成的基片上表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺沉积一层厚度为120 纳米的铝膜作为高红外反射率薄膜，在下表面沉积一层一厚度为120纳米的的金膜作为低 红外发射率薄膜；
15.采用与不锈钢基片等大的高热导率金属材料作为微型热控百叶窗基底，然后 在上表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺制备一层厚度为2微米的二氧化硅薄膜作为红外发 射层和点绝缘层；
16.将步骤14完成的微型热控百叶窗窗叶结构和步骤15完成的基底组装后固定， 并完成上下电极引线。
权利要求
1.一种微机械百叶窗的制作方法，包括以下步骤1)选取不锈钢基片，并对其表面进行清洁处理；2)在不锈钢基片的上下表面上，采用喷涂法制备一层正性光刻胶，并根据光刻胶的型 号选择预固化温度，对光刻胶进行预固化；3)在基片上表面预固化后的光刻胶上，采用矩形孔阵列作为掩膜，在曝光机下进行曝 光；预固化后的下表面的光刻胶不曝光，作为保护膜使用；4)将基片在显影液中浸泡进行显影；5)将完成显影的基片烘烤以完成光刻胶的全固化；6)将完成固化的基片放入腐蚀液中进行腐蚀，待基片腐蚀区域留下的厚度到达设计的 范围后停止离蚀；7)将完成腐蚀的基片放入光刻胶去胶溶液进行去胶，然后进行清洁；8)在步骤7)完成的半面腐蚀的基片上下表面喷涂正性光刻胶，并对光刻胶进行预固化；9)在基片下表面的光刻胶上，采用扭梁式百叶窗腐蚀图形阵列作为掩膜，在曝光机下 进行曝光，基片上表面不曝光，作为保护膜使用；10)将基片在显影液中浸泡进行显影；11)将完成显影的基片烘烤以完成光刻胶的全固化；12)将完成固化的基片放入腐蚀液中进行腐蚀，待基片腐蚀区域不锈钢薄膜被全部腐 蚀后停止腐蚀；13)将完成腐蚀的基片放入光刻胶去胶溶液进行去胶，然后进行清洗；14)采用与不锈钢基片等大的高热导率金属材料作为微型热控百叶窗基底，然后在上 表面制备一层高红外发射率、高绝缘强度材料作为红外发射层和电绝缘层；15)将步骤13)完成的微型热控百叶窗窗叶结构和步骤14)完成的基底组装后固定，并 完成上下电极引线。
2.根据权利要求1所述的微机械百叶窗的制作方法，其特征在于，在步骤1 和步骤 14)之间，在步骤1 完成的基片上下表面均采用薄膜沉积工艺沉积一层一定厚度的低红 外反射率薄膜。
3.根据权利要求1所述的微机械百叶窗的制作方法，其特征在于，步骤1)所述的不锈 钢基片厚度大于设计的百叶窗窗叶的宽度。
4.根据权利要求1所述的微机械百叶窗的制作方法，其特征在于，步骤2)和步骤8)所 述的光刻胶喷涂中，光刻胶喷涂厚度必须保证较好的均勻性和一致性。
5.根据权利要求1所述的微机械百叶窗的制作方法，其特征在于，步骤3)所述的矩形 孔阵列掩膜中矩形孔的尺寸要稍大于设计的百叶窗的单元尺寸，腐蚀成型的网状结构主要 作为微型百叶窗的结构支撑。
6.根据权利要求1所述的微机械百叶窗的制作方法，其特征在于，步骤6)和步骤12) 所述的不锈钢腐蚀中必须考虑腐蚀液浓度和温度对腐蚀速率的影响，需要进行预先试验进 行腐蚀速率测定以决定腐蚀时间。
全文摘要
本发明涉及一种微机械百叶窗制造方法，包括以下步骤1)选取不锈钢基片并在其上下表面上制备一层正性光刻胶并进行预固化；2)采用矩形孔阵列作为掩膜进行曝光；预固化后的下表面的光刻胶不曝光；3)将基片显影并完成光刻胶的全固化，之后进行腐蚀，并去胶清洁；4)在基片上下表面喷涂正性光刻胶并进行预固化；5)在基片下表面的光刻胶上，采用扭梁式百叶窗腐蚀图形阵列作为掩膜曝光，基片上表面不曝光；6)将基片显影并完成光刻胶的全固化，之后进行腐蚀并去胶清洗；7)制作百叶窗基底；8)将百叶窗窗叶结构和基底组装后固定，并完成上下电极引线。本方法使得可以采用不锈钢作为结构材料，使微机械百叶窗具有较长的寿命和较高的可靠性。
文档编号B81C1/00GK102033425SQ201010523000
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者吴敢, 尚凯文, 曹生珠, 杨建平, 王兰喜, 王晓毅, 王瑞, 陈学康, 韦波 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所