专利名称：微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法
技术领域：
本发明涉及的是一种微加工技术领域的制造方法，具体是一种微机电系统的 永磁体微结构集成的制造方法。
技术背景基于电磁作用原理的微驱动器是微机电系统(MEMS)常用的驱动部件之一， 各种电磁MEMS器件如电磁微马达、电磁微执行器、电磁驱动的微泵、电磁型微开 关、磁敏微传感器、电磁驱动微系统等受到了广泛重视和系统研究，这一类微器 件和微系统被统称为磁性MEMS 。在众多的磁性MEMS器件和系统中，磁性材料发挥着关键作用。包括软磁和永 磁材料，为了适应器件和系统微型化的整体要求，必须以微结构的形成适当地融 入器件之中，这样，传统的磁性材料加工制造技术就难以满足磁性MEMS设计和制 造的要求，特别是永磁体微结构的集成制造技术尤其不同，为此，研究人员开发 了一系列永磁体微结构成型加工工艺。经对现有技术的文献检索发现，在现有的 加工工艺中，常用的精密机械单个加工工艺、掩模电镀工艺和干法薄膜沉积再图 形化工艺都存在一定的缺点。经对现有技术的文献检索发现，Yu. I. Rozenberga等在Journal of Magnetism and'Magnetic Materials (磁学与磁性材料杂志)第305巻(2006) 第 357 - 360页发表的论文"Resin-bonded permanent magnetic films with out-of-plane magnetization for MEMS applications"(垂直磁化的树月旨粘结 永磁体薄膜及其在微机电系统中的应用)，提出了将永磁体粉末与粘结树脂的混合物通过丝网印刷制作成永磁体微结构，在一定程度上解决了批量加工和制造成 本的问题，永磁体微结构的磁性能也能够在一定范围内适当调节，但是，丝网印 刷工艺的加工尺寸和位置控制精度都不高，与微加工集成制造工艺不能够匹配， 仅适合平面尺寸比较大的永磁体微结构成型制造，所以在集成制造的MEMS器件中 很少得到应用。 发明内容本发明为了克服适用于MEMS器件的永磁体微结构低成本高精度集成制造所 存在的困难，提出了一种微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，使其既能 够实现与常规集成制造工艺相当的高精度，又能够较大范围内适当调节永磁体的 磁性能，同时具有相对低成本批量加工能力。本发明是通过以下技术方案实现的首先在平整的基体表面借助光刻方法制 作一次性平面型微模具，然后将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物 通过挤压填充一次性微模具的空隙处，使填充物略高出微模具上表面，再在永磁 体磁场中固化，接着对固化后的复合结构采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以 上的部分，使永磁体层达到设定的厚度，最后选择性去除一次性平面微模具，形 成结构尺寸和位置都可以精确控制的永磁体微结构(阵列)。本发明所采用的相应步骤的进一步技术措施如下第一步在平整的基体表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具。 本发明的加工方法要求基片的表面平整度能够满足微米级光刻精度的要求， 此外基片要具有一定的机械强度以维持加工过程中整体结构的稳定性。其中，表 面平整度要求与待加工的微结构厚度和线宽有关，待加工的永磁体微结构越厚，对基片表面平整度的要求越低， 一般情况下永磁体的厚度会显著大于10um，所以， 基片的平均粗糙度小于lum即可，具有一定粗糙度的表面有利于提高永磁体与基 片的结合力；机械强度的要求主要体现在基片的材料种类选择和厚度选择方面，一般常见 的衬底材料如玻璃、单晶硅、陶瓷、金属、复合材料甚至聚合物等都可以作为基 片材料，只要能够在工艺过程中能够保持化学稳定性即可，这种对衬底不敏感的 特性为该工艺的广泛适用性奠定了基础。基片的厚度足以在永磁体填充、挤压和 研磨过程中保证不会发生严重变形即可， 一般刚度较大的材料lmm以上即可，聚 合物或者较软的金属则要较厚，比如2mm以上。用于永磁体微结构成型的一次性平面微模具的微结构与将要制备的永磁体 微结构成互补关系，也就是平面微模具的空隙处就是将要形成永磁体微结构的位 置，其定位f度和尺寸控制精度直接决定了永磁体微结构原位成型的能力，所以 必须选择基于微加工技术的高精度制备方法。
根据工艺兼容性的需要， 一次性的平面微模具既可以直接由光刻胶构成，也 可以是通过光刻胶转换而得到的金属或者其它材料微结构，选择的依据在于该模 具在使用过程中能否能够经受住磁粉一胶粘剂混合物涂覆、挤压、研磨等后续加 工，并且在需要的时候能够选择性刻蚀去除而不会损坏永磁体以及关联结构。在大多数情况下，容易清除的光刻胶微模具就能够满足要求。光刻胶微模具 的优势在于具有充分的工艺兼容性，且工艺过程简单成本低，缺点是结构强度低， 可能在后续加工中受损，从而影响待成型永磁体的结构完整性；此外，还有可能 存在光刻胶与部分黏合剂不兼容的问题，也就是说光刻胶无法耐受黏合剂的作用 而被腐蚀或者溶解，破坏了微模具结构的完整性，这样被复制的永磁体微结构的 完整性同样难以得到保证。当光刻胶微模具不能满足要求时，可以通过光刻胶掩模电镀工艺制作金属微 模具。各种能够电镀的金属都可以作为微模具材料，如铜、镍、铁镍、锌、铁等。 这些材料都具有足够高的机械强度，也不会被有机黏合剂所腐蚀。金属微模具的 厚度决定于光刻和不同材料掩模电镀的能力， 一般在1微米一500微米范围内，可 以根据需要选择不同的光刻和电镀材料组合实现。选择金属微模具同样面临一些难题，主要是金属模具在永磁体形成以后的选 择性清除问题。因为有多种金属材料可供选择，所以找到能够与永磁体微结构实 现选择性刻蚀的合适金属材料通常并不困难，比如电镀锌就是能够在弱酸和碱性 条件下较快刻蚀的活泼金属。此外，对于大部分MEMS应用，永磁体微结构通常是镶嵌在填充介质中间的， 也就是处于前述工艺中没有去除微模具的状态，这样以来如果选择整体设计中的 填充介质作为微模具，就不需要在工艺的最后一步去除微模具。这种情况下，除 了光刻胶之外的其它聚合物以及各种无机物都可以成为制作微模具的材料，如聚 酰亚胺、SU—8胶、环氧树脂、氧化铝、聚甲级丙烯酸甲酯、金属铜等，不添加 磁粉的黏合剂固化物作为微模具尤为合适。第二步将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物通过挤压填充一次性微模具的空隙处。膏状混合物是由磁粉和黏合剂混合形成，磁粉与黏合剂之间的质量比在10: 1一1: l之间，磁粉是钐钴系或者铁氧体系的永磁体粉，或者是聚合物包覆的钕 铁硼永磁伴粉，粉体的颗粒直径在20—0. 1微米之间。磁粉的种类和性质根据目标永磁体的性能要求确定， 一般性要求与常规粘结 永磁体制备工艺相同。用于制造粘结永磁体的各种预先处理的磁粉都可以使用，如包覆钕铁硼磁 粉、铁氧体磁粉、钐钴合金磁粉等。参照粘结永磁体的磁性能与材料构成关系规 律，考虑磁粉与黏合剂混合物的成型性，确定磁粉与黏合剂的配比。黏合剂比例 越低，越有利于提高永磁体的磁性能，但是比例太低难以保证混合物的成型性， 也不利于保证永磁体微结构在使用过程中的稳定性。最常用的黏合剂是环氧树脂黏合剂，因为它们通常可以通过与固化剂的常温 化学反应而实现固化。此外还可以采用热固性树脂。选择热固性树脂必须考虑磁粉的耐温特性，像 钕铁硼等高性能磁粉，它们可以耐受的最高温度较低，通常难以采用热固性树脂 作为黏合剂。紫外光固化黏合剂同样可以采用，这方面一个典型的例子是SU—8胶，它可 以通过紫外光照加后续热处理而实现固化，但是，它不能够用于较厚微结构的固 化，因为添加大量磁粉的这类光敏聚合物透光度变得很低，紫外光难以深入微结 构表层以内，整体固化面临严峻技术障碍。磁粉与黏合剂的混合要充分而且迅速，中等强度的持续机械搅拌就可以使磁 粉与黏合剂混合均匀，因为黏合剂对磁粉表面必定是浸润性良好的，否则难以实 现良好结合。过分强烈的搅拌和碾压有可能导致磁粉形态改变，而磁粉的微观形 态往往是磁粉保证高性能的因素之一，所以不能够随意破坏。磁粉的填涂采用常规的膏状物涂布工艺，类似用于铅蓄电池铅膏涂覆到板栅 上去的方法，少量操作可以采用简单的手工刮涂方法，大量则可以用机器操作。刮涂就是首先将过量的磁粉一黏合剂混合物涂覆到微模具表面，按压或者滚 压使之充分填充微模具空隙处，然后轻轻刮掉上层多余混合物，并使留下的涂层 厚度高出微模具上表面，以保证所有微模具都能够填满，同时可以降低填充操作 的难度。第三步磁场中固化和研磨加工。将涂覆以后的微模具，按照永磁体对磁极方向的要求置入强的外加磁场中磁
化，同时按照黏合剂固化条件的温度要求保温固化一定时间，使填充混合物充分 固化。外加的磁化磁场由矩形稀土磁铁提供，磁场强度按照磁粉矫顽力大小设定， 一般要显著大于磁粉的矫顽力。固化后的涂层用平面砂轮磨盘或者砂纸研磨，从粗到细，依次研磨平整，直 到微模具上表面全部露出，再用2000号细砂磨盘研磨至需要的厚度。第四步去除微模具。微模具去除必须采用选择性刻蚀或者剥离工艺，不能够采用机械操作方法，这样才能够保证永磁体结构完整性。如果是以光刻胶制作的微模具，采用溶剂溶解方法，如快速溶剂浸泡和稀释 的碱液浸洗就能够达到目的；如果采用金属微模具，选用选择性刻蚀工艺，需要 根据工艺兼容性要求选择合适的刻蚀液配方， 一般要求刻蚀速度快、选择性好， 以避免对永磁体形成损害。通过上述工艺步骤加工制作的永磁体微结构的优点是能够兼顾加工精度、磁 性能和制造成本几个方面因素。与掩模电镀工艺相比，该工艺既具有掩模电镀技 术所拥有的高精度批量加工能力，同时突破了掩模电镀工艺仅能够制作可电镀永 磁材料的限制，还有效克服了厚膜结构内应力所造成的结构脱落问题；与丝网印 刷工艺相比，基于光刻技术的一次性微模具使加工精度和定位精度大幅度提高到 微米甚至亚微米水平，能很好地匹配常规的集成微加工工艺。所以，本发明的工 艺技术可以更好地满足MEMS器件对永磁体微结构的要求。
图l是本发明以图形化光刻胶作为一次性微模具的流程图。 图2是本发明以金属制作的一次性微模具的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图1所示，其中1是基片，2是光刻胶，3是粘结永磁体。图l中不同微结构 剖面对应的加工工艺步骤如下la是基体表面涂敷光刻胶后的结果；lb是光刻胶层通过光刻、显影后所形成光刻胶微结构，在本发明中被称为一次性平面微模具；1C是将混合后的膏状永磁体填涂到平面微模具表面并且固化以后的结果； Id是研磨去掉微模具上表面永磁体多于部分之后得到的微模具和硬磁头复合微结构；le是去掉微模具之后得到的永磁体微结构阵列。如图2所示，是以金属制作的一次性微模具实现永磁体微结构集成制造的工 艺流程示意图，其金属微模具是通过光刻掩模电镀工艺制造的。其中l是基片，2 是光刻胶，3是粘结永磁体，4是用于制作微模具的电镀金属微结构，5是基片上 表面金属化层，如果采用表面可以电镀的金属基体，则可以省去该金属化层。图2中不同微结构剖面对应的加工工艺步骤如下2a是表面金属化基体涂敷光刻胶后的结果；2b是连续的光刻胶层通过光刻、显影后所形成光刻胶微结构，是制备一次 性平面微模具的过渡模版；2c是掩模电镀金属之后得到的镀层厚度与光刻胶微结构相当的金属 一 光 刻胶复合结构层；2d是去掉光刻胶微结构，并选择性清除暴露部分的金属化打]g层后得到的一次性平面微模具；2e是将混合后的膏状永磁体填涂到平面微模具表面并且固化以后的结果； 2f是研磨去掉微模具上表面永磁体多余部分之后得到的微模具和硬磁头复合微结构；2g是去掉微模具之后得到的永磁体微结构阵列。在上述两种典型工艺流程中，最后的一步的一次性微模具可以保留，直接作 为永磁体微结构的填充介质使用，这种情况更多出现在以非金属材料制作一次性 平面微模具的情况下。实施例l: 主要材料- 基片3毫米厚光学玻璃基片一次性平面微模具材料光刻胶(AZ4620)磁粉粘结钕铁硼磁粉(上海希科磁性材料厂) 粘结剂环氧树脂胶粘剂(504胶，浙江黄岩助剂厂)首先用丙酮和去离子水顺序清洗光学玻璃基片，烘干干燥旋涂22微米厚 AZ4620光刻胶，常规紫外光刻形成平面微模具图案，图案的空隙处是长度50微米、 宽度30微米的长方形浅槽阵列，也就是将要成型的永磁体的位置。按照环氧树脂与固化剂质量比为2: l的比例，调配总质量为15克的504胶， 再取经过包覆处理的钕铁硼磁粉50克加入504胶黏合剂中，边加边搅拌，直至混 合均匀为止。用不锈钢刮刀取混合后的膏状物适量，涂抹到带有平面微模具的玻璃片表 面，轻轻摊开涂抹均匀，以刮刀倾斜刀口挤压磁粉一粘结剂膏状物，使之完全填 充微模具空隙处且充分压实，保证填涂物上表面高于微模具上表面。用磁极间隙可调的矩形磁铁，将涂覆后的基片背面贴着矩形磁铁的磁极表面 安置，调节另一个磁极使两磁极间隙縮小到一厘米以增加磁场强度。此时极间磁 场强度达到20000高斯以上。室温保持24小时固化。固化完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片附着粘结永磁体的表面，直到光 刻胶上表面以上永磁体的厚度小于2 — 3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米 的金刚石研磨膏研磨至作为平面模具的光刻胶上全部表面暴露，换磨盘改用颗粒 直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄，用测微显微镜检测研磨进度，控制 剩余永磁体高度在20微米，停止研磨。将研磨后的基片放入丙酮中，搅动约1一2分钟，即可溶解清除光刻胶，留下 的就是长度50微米、宽度30微米、厚度20微米的粘结永磁体阵列，三个方向上加 工尺寸控制和定位精度都达到了土2 !i m的水平。由于使用了性能优越的钕铁硼磁粉，永磁体的矫顽力大于3500高斯。实施例2: 主要材料-基片3毫米厚光学玻璃基片
一次性平面微模具材料金属锌磁粉钐钴磁粉(上海希科磁性材料厂) 粘结剂原位合成聚甲级丙烯酸甲酯 首先用丙酮和去离子水顺序清洗光学玻璃基片，烘干干燥后溅射沉积Cr/Cu 种子层，Cr粘结层厚度5纳米，Cu电镀种子层厚度10纳米。然后旋涂24微米厚 AZ4620光刻胶，常规紫外光刻形成平面光刻胶微模具图案，图案中有光刻胶的部 分是长度50微米、宽度30微米、厚度24微米的长方体阵列，它们也就是将要成型 的永磁体的位置。用高速硫酸锌镀液对光刻后的带图案基片进行掩模电镀加工，在光刻暴露的 种子层上生长22微米后的金属锌镀层，去胶后形成锌的网状微结构，前述光刻胶 阵列转化成为用于永磁体成型的空隙处。掩模电镀锌的镀液组成及工作条件如下镀液由300g/l的硫酸锌、100g/l硫酸钠和光良剂组成，工作条件电流密度 40mA/cm2， PH=5，温度25°C，，电镀时间30分钟。取甲级丙烯酸甲酯10克，用溶剂溶解后加入引发剂l克，混合均匀。向其中 加入40克钐钴磁粉，边加边搅拌，直至混合均匀为止。用不锈钢刮刀取混合后的膏状物适量，涂抹到带有平面微模具的玻璃片表 面，轻轻摊开涂抹均匀，以刮刀倾斜刀口挤压磁粉一粘结剂膏状物，使之完全填 充微模具空隙处且充分压实，保证填涂物上表面高于微模具上表面。用磁极间隙可调的矩形磁铁，将涂覆后的基片背面贴着矩形磁铁的磁极表面 安置，调节另一个磁极使两磁极间隙缩小到一厘米以增加磁场强度，此时极间磁 场强度达到20000高斯以上。室温保持24小时固化。固化完成后，取下附有粘结永磁体的玻璃片，首先用粗砂平面磨盘研磨基片 附着粘结永磁体的表面，直到金属锌网格上表面以上永磁体的厚度小于2 — 3微 米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨至作为平面模具的金 属锌上全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径O. 5微米的金刚石研磨膏继续研磨减 薄，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余永磁体高度在20微米，停止研磨。将研磨后的基片放入5%稀盐酸中，搅动约3分钟，即可溶解清除金属锌网格 结构，留下的就是长度50微米、宽度30微米、厚度20微米的粘结永磁体阵列。
永磁体微结构三个方向上的尺寸控制精度和定位精度都达到了土2 P m水平， 永磁体的矫顽力达到1500高斯。 实施例3:主要材料基片3毫米厚光学玻璃基片 一次性平面微模具材料金属铜磁粉铁氧体磁粉(宁波韵升有限公司)粘结剂SU—8胶(Microchem. Co) 首先用丙酮和去离子水顺序清洗光学玻璃基片，烘干干燥后溅射沉积Cr/Cu 种子层，Cr粘结层厚度5纳米，Cu电镀种子层厚度10纳米。然后旋涂24微米厚 AZ4620光刻胶，常规紫外光刻形成过渡性光刻胶模版，模版中有光刻胶的部分是 长度50微米、宽度30微米、厚度24微米的长方体阵列，它们也就是将要成型的永 磁体的位置。用高分散性硫酸铜镀液对光刻后的带图案基片进行掩模电镀加工，在光刻暴 露的种子层上生长24微米左右的金属铜镀层，去胶后形成铜的网状微结构，前述 光刻胶阵列转化成为用于永磁体成型的空隙处。掩模电镀铜的镀液组成及工作条件如下镀液由100g/l的硫酸铜、180g/l硫酸和适量光良剂(MHT，华美电镀材料公 司)组成，工作条件电流密度约20mA/cm2，温度;25'C，电镀时间60分钟。取SU—8胶(SU—85) 10克，向其中加入50克铁氧体磁粉，边加边搅拌，直 至混合均匀为止。用不锈钢刮刀取混合后的膏状物适量，涂抹到带有平面微模具的玻璃片表 面，轻轻摊开涂抹均匀，以刮刀倾斜刀口挤压磁粉一粘结剂膏状物，使之完全填 充微模具空隙处且充分压实，保证填涂物上表面高于微模具上表面。将基片涂覆磁粉与SU-8胶混合物的一面向上置入光刻机曝光用紫外光下，直 接曝晒5分钟，以生成固化引发剂。用磁极间隙可调的矩形磁铁，将涂覆后的基片背面贴着矩形磁铁的磁极表面 安置，调节另一个磁极使两磁极间隙縮小到一厘米以增加磁场强度，此时极间磁 场强度达到20000高斯以上。90。C保温固化3小时。
固化完成后，取下附有粘结永磁体的玻璃片，首先用粗砂平面磨盘研磨基片 附着粘结永磁体的表面，直到金属铜网格上表面以上永磁体的厚度小于2 — 3微 米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨至作为平面模具的金 属铜上全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径O. 5微米的金刚石研磨膏继续研磨减 薄，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余永磁体高度在20微米，停止研磨。将研磨后的基片放入10%稀盐酸和2%双氧水的混合溶液中，搅动约10分钟， 即可溶解清除金属铜网格结构，留下的就是长度50微米、宽度30微米、厚度20 微米的粘结永磁体阵列。永磁体微结构三个方向上的尺寸控制精度和定位精度都达到了土2 u m水平， 由于采用铁氧休磁粉，所以永磁体的矫顽力达到500高斯。实施例4: 主要材料-基片3毫米厚光学玻璃基片平面微模具材料环氧树脂胶(504胶，浙江黄岩化学助剂厂) 磁粉钐钴磁粉(宁波韵升有限公司) 粘结剂环氧树脂胶(504胶，浙江黄岩助剂厂)首先用丙酮和去离子水顺序清洗光学玻璃基片，烘干干燥后旋涂22微米厚 AZ4620光刻胶，常规紫外光刻形成平面光刻胶微模具图案，图案中有光刻胶的部 分是长度50微米、宽度30微米、厚度24微米的长方体阵列，它们也就是将要成型 的永磁体的位置。 ，按照环氧树脂与固化剂质量比为2: l的比例，调配100克环氧树脂胶，直接 涂覆到光刻胶微结构表面，使环氧树脂胶的上表面略高出光刻胶顶面，搁置固化。用1000号水砂纸研磨固化后的复合结构，到光刻胶露出为止。用2%氢氧化 钠溶液室温浸泡3分钟，清除光刻胶微结构。按照环氧树脂与固化剂质量比为2: l的比例，调配总质量为15克的504胶， 再取经过包覆处理的钕铁硼磁粉50克加入504胶黏合剂中，边加边搅拌，直至混 合均匀为止。 ，用不锈钢刮刀取混合后的膏状物适量，涂抹到带有平面微模具的玻璃片表 面，轻轻摊开涂抹均匀，以刮刀倾斜刀口挤压磁粉一粘结剂膏状物，使之完全填 充微模具空隙处且充分压实，保证填涂物上表面高于微模具上表面。用磁极间隙可调的矩形磁铁，将涂覆后的基片背面贴着矩形磁铁的磁极表面 安置，调节另一个磁极使两磁极间隙縮小到一厘米以增加磁场强度，此时极间磁 场强度达到20000高斯以上。室温保持24小时固化。固化完成后，取下附有粘结永磁体的玻璃片，首先用粗砂平面磨盘研磨基片 附着粘结永磁体的表面，直到环氧树脂网格上表面以上永磁体的厚度小于2 —3 微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨至作为平面模具的 环氧树脂胶上全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径O. 5微米的金刚石研磨膏继续 研磨减薄，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余永磁体高度在20微米，停止研 磨。填充在环氧树脂中间的永磁体结构直接应用到微器件中，不再去除外围的填 充介质。永磁体微结构三个方向上的尺寸控制精度和定位精度都可以达到土2 n m水 平，由于使用同一体系的填充介质，所以永磁微结构与壤充介质的结合优越。实施例5:主要材料基片2毫米厚金属铜板，表面粗糙度(Ra) 100nm 平面微模具材料SU—8胶(SU—85， Microchem. Co.) 磁粉钐钴磁粉(宁波韵升有限公司) 粘结剂环氧树脂胶(504胶，浙江黄岩助剂厂) 首先用丙酮和去离子水顺序清洗金属基片，烘干干燥后旋涂SU-85光刻胶， 胶厚不小于22txm，常规紫外光刻形成平面光刻胶微模具图案，图案中没有光刻 胶的部分是长度50微米、宽度30微米、厚度24微米的长方体阵列，它们也就是将 要成型的永磁体的位置，其网格骨架由SU—8胶固化形成，作为永久性微模具使 用。按照环氧树脂与固化剂质量比为2: l的比例，调配总质量为15克的504胶， 再取经过包覆处理的钕铁硼磁粉30克加入504胶黏合剂中，边加边搅拌，直至混
合均匀为止。用不锈钢刮刀取混合后的膏状物适量，涂抹到带有平面微模具的铜板表面， 轻轻摊开涂抹均匀，以刮刀倾斜刀口挤压磁粉一粘结剂膏状物，使之完全填充微 模具空隙处且充分压实，保证填涂物上表面高于微模具上表面。用磁极间隙可调的矩形磁铁，将涂覆后的基片背面贴着矩形磁铁的磁极表面 安置，调节另一个磁极使两磁极间隙縮小到一厘米以增加磁场强度，此时极间磁 场强度达到20000高斯以上。室温保持24小时固化。固化完成后，取下附有粘结永磁体的金属基片，首先用粗砂平面磨盘研磨基 片附着粘结永磁体的表面，直到环氧树脂网格上表面以上永磁体的厚度小于2 — 3 微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨至作为平面模具的 环氧树脂胶上全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径O. 5微米的金刚石研磨膏继续 研磨减薄，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余永磁体高度在20微米，停止研 磨。填充在SU-8胶网格之间的永磁体微结构直接应用到微器件中，不再去除作为 填充介质的SU-8网格结构。永磁体微结构三个方向上的尺寸控制精度和定位精度都可以达到土2iim水 平，由于永磁体与填充介质均含有聚合物，所以永磁微结构与填充介质的结合良 好。
权利要求
1、一种微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特征在于，包括以下步骤首先在平整的基体表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具；然后将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物通过挤压填充一次性微模具的空隙处，使填充物高出微模具上表面；再在永磁体磁场中固化；接着对固化后的复合结构采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以上的部分，使永磁体层达到设定的厚度；最后选择性去除一次性平面微模具，形成永磁体微结构。
2、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述一次性平面型微模具是通过光刻工艺图形化的光刻胶微结构，或是通 过掩模电镀工艺制作的金属微结构，微模具的单层厚度在1微米到500微米之间。
3、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述的一次性平面微模具，其材料包括能够直接光刻图形化的各种光刻胶 和非光刻胶类聚合物材料，以及能够采用掩模电镀成型的各种金属材料中的一 种。
4、 如权利要求3所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述的非光刻胶类聚合物材料为环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺。
5、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述膏状混合物是由磁粉和黏合剂混合形成，磁粉与黏合剂之间的质量比 在10: 1 — 1: l之间，磁粉是钐钴系或者铁氧体系的永磁体粉，或者是聚合物包 覆的钕铁硼永磁体粉，粉体的颗粒直径在20_0. 1微米之间。
6、 如权利要求1或5所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法， 其特征是，所述黏合剂采用能够室温固化的环氧树脂类胶粘剂。，
7、 如权利要求1或5所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法， 其特征是，所述膏状混合物通过刮涂填充平面微模具的空隙处，挤压使之完全充 满，并且使固化前永磁体的上表面高出微模具表面l微米以上。
8、 如权利要求7所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述固化前永磁体的上表面高出微模具表面10微米以上。
9、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特 征是，所述固化，其过程是在高强度磁场中进行的，磁场强度要高于所用磁粉矫 顽力的2倍。
10、 如权利要求1所述的微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，其特征是，所述去除一次性平面微模具，是指光刻胶微模具采用溶剂溶解方法，金 属微模具则选用选择性刻蚀工艺。
全文摘要
一种微机电系统的永磁体微结构集成的制造方法，首先在平整的基体表面借助光刻方法制作一次性平面型微模具，然后将新鲜配制的粘结剂与磁粉均匀混合的膏状混合物通过挤压填充一次性微模具的空隙处，使填充物略高出微模具上表面，然后在永磁体磁场中固化，接着对固化后的复合结构采用研磨方法磨削掉平面微模具表面以上的部分，使永磁体层达到设定的厚度，最后选择性去除一次性平面微模具，形成结构尺寸和位置都可以精确控制的永磁体微结构。本发明拥有较好的尺寸控制精度，并且具有与常规微加工工艺兼容。
文档编号H01F41/00GK101162645SQ20071004794
公开日2008年4月16日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者丁桂甫, 姚锦元 申请人:上海交通大学