专利名称：微型固态化学推进器的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种微型推进器的制作方法，属于微机电系统制造领域。
背景技术：
MEMS推进器是微推进系统发展的一个新方向，开创了微小卫星特别是纳/皮型卫星推进系统研究的新途径，而基于MEMS技术制造的固体化学微型推进器具有结构简单、功耗低、无可动部件、集成度高、可靠性好等一系列优点，成为国内外新的研究热点。参阅图4，微型固态化学推进器包括键合的硅片I和玻璃片7 ;硅片I表面14内凹形成燃烧室5和喷嘴15 ;燃烧室5两侧分别有直线形的下导线槽16和上导线槽3 ;玻璃片 7由耐热玻璃17和其上的点火电路结构组成，点火电路结构包括与燃烧室5相应位置处的点火器18，点火器18两端分别连通过上点火导线10和下点火导线11与上焊盘12和下焊盘13连接；为了提高喷出速度，喷嘴15具有收敛-发散形状。微型固态化学推进器制备方法中工艺流程及参数的好坏直接影响着微推进器的性能，甚至关系到制作过程能否顺利进行，因此工艺流程的选择是提高微型推进器性能的关键。在利用DRIE工艺在硅片表面加工燃烧室和具有收敛-发散形状的喷嘴时需要光刻胶具有较强的保护能力，而采用普通的光刻胶在深刻蚀应用方面具有局限性，因此 Zhang 等人的文章 “Development of a solid propellant microthruster with chamber and nozzle etched on a wafer surface”,采用厚胶进行深刻蚀,得到燃烧室和喷嘴结构，接着进行结构表面氧化处理，最后进行硅和玻璃键合得到微型推进器样件，如果采用普通光刻胶和Zhang等人的加工工艺，那么将很难得到较深的结构；Zhang等人的文章“A MEMS-based solid propellant microthruster with Au/Ti igniter”,米用光刻、灘射、剥离、再溅射、湿法刻蚀金属等一系列工艺步骤得到裸露的点火电阻，而金属刻蚀液的强选择性、安全性以及刻蚀速率的可控性都难以把握，使得湿法刻蚀金属的工艺难度增大。
发明内容
为克服现有技术中普通光刻胶无法得到较深的燃烧室、喷嘴结构和湿法刻蚀金属工艺难度较大的不足，本发明提出一种利用金属铝薄膜工艺和金属剥离工艺制备微型固体化学推进器的方法。本发明解决燃烧室和喷嘴结构的工艺问题所采用的技术方案是参考图1，本发明解决点火电路的工艺问题所采用的技术方案是参考图2。本发明提出的微型固态化学推进器的制备方法为
第一步，图I (a)所示，对普通硅片I进行清洗；再在硅表面涂光刻胶2、光刻、显影、ICP刻蚀得到下导线槽16和上导线槽3，下导线槽16和上导线槽3的深度为400nm到 550nm,宽度为 350 μ m 到 450 μ m ；第二步，图I (b)所示，去除光刻胶，清洗硅片表面，溅射金属铝4，金属铝4的厚度为IOOnm到300nm，再在铝表面旋涂光刻胶，光刻，显影，利用湿法腐蚀除去曝光区域的铝膜，接着DRIE同时得到燃烧室5和喷嘴15，其深度为300μπι到550 μ m。第三步，图1(c)所示，去除剩余的铝膜，干法氧化硅片，二氧化硅6的厚度为200nm 到600nm，采用氢氟酸溶液清洗氧化膜，得到光洁的燃烧室5和喷嘴15结构。第四步，图2 (a)所示，清洗玻璃片7，在玻璃片表面涂光刻胶2、光刻、显影得到点火器18、上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13的图形，在涂有光刻胶的玻璃片表面溅射金属8，金属膜8通常为熔点大于1500°C的金属材料，金属膜8厚度为IOOnm 到 350nm。第五步，图2 (b)所示，剥离光刻胶，得到点火器18，在金属膜8的玻璃片上涂光刻胶2、光刻、显影得到点火导线区和焊盘区的图形，在涂有光刻胶2的玻璃片7表面溅射金属薄膜9，金属薄膜9通常为具有良好导电性能的金属材料，如铜、钼，金等，金属薄膜9的厚度为100nm-350nm,再去除光刻胶,得到金属导线以及金属焊盘，图2 (c)所示。第六步，图(3)所示，将具有燃烧室和喷嘴结构的硅片和具有点火电路的玻璃片利用键合工 艺连接，得到微型固态化学推进器。本发明的有益效果是利用普通光刻胶和金属铝膜在硅片表面得到具有较深的燃烧室和喷嘴结构，避免了厚胶的使用，利用金属剥离工艺得到点火电路，避免了金属湿法腐蚀过程中刻蚀剂的安全问题以及腐蚀速率不可控的问题，降低了工艺难度，确保制作过程顺利进行。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图I是实施例中微型推进器燃烧室和喷嘴的工艺流程示意图。图2是实施例中微型推进器点火电路的工艺流程示意图。图3是实施例中键合后的微型推进器的示意图。图4是实施例中制备出的微型固态化学推进器示意图 图中，I-硅片，2-光刻胶，3-上导线槽，4-金属铝，5-燃烧室，6_ 二氧化硅，7_玻璃片，8-金属膜,9-金属薄膜。
具体实施例方式本实施例中给出了一种如图4所示的微型固态化学推进器的制备方法，该微型固态化学推进器包括键合的硅片I和玻璃片7 ;硅片I表面14内凹形成燃烧室5和喷嘴15 ； 燃烧室5两侧分别有直线形的下导线槽16和上导线槽3 ;玻璃片7由耐热玻璃17和其上的点火电路结构组成，点火电路结构包括与燃烧室5相应位置处的点火器18，点火器18两端分别连通过上点火导线10和下点火导线11与上焊盘12和下焊盘13连接；点火器18材料为铬，上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13的材料为铜；为了提高喷出速度，喷嘴15具有收敛-发散形状，本实施例中燃烧室5和喷嘴15连通处的喉部为圆弧状。 该实施例中微型固态化学推进器的制作流程为第一步，图I (a)所示，对普通硅片I进行清洗；再在硅表面涂光刻胶2、光刻、显影、ICP刻蚀得到下导线槽16和上导线槽3，下导线槽16和上导线槽3的深度为500nm，宽度为450 μ m ；第二步，图I (b)所示，去除光刻胶，清洗硅片表面，溅射金属铝4，金属铝4的厚度为200nm，再在铝表面旋涂光刻胶，光刻，显影，利用湿法腐蚀除去曝光区域的铝膜，接着 DRIE同时得到燃烧室5和喷嘴15，其深度均为500 μ m ;第三步，图I (C)所示，去除剩余的铝膜，干法氧化硅片，二氧化硅6的厚度为 500nm，采用氢氟酸溶液清洗氧化膜，得到光洁的燃烧室、喷嘴结构；第四步，图2 (a)所示，清洗玻璃片7，在玻璃片表面涂光刻胶2、光刻、显影得到点火器18、上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13的图形，在涂有光刻胶的玻璃片表面溅射金属膜8，本实施例中金属膜8材料为铬，金属膜8厚度为300nm ；第五步，图2 (b)所示，剥离光刻胶，得到以铬为材料的点火器18，在镀金属膜8的玻璃片上涂光刻胶2、光刻、显影得到上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13 的图形，在涂有光刻胶2的玻璃片7表面溅射金属薄膜9，本实施例中金属薄膜9的材料为铜，金属薄膜9的厚度为300nm，再去除光刻胶，得到铜的上点火导线10、下点火导线11、上焊盘12和下焊盘13，图2 (c)所示；第六步，图3所示,将具有燃烧室和喷嘴结构的硅片和具有点火电路的玻璃片利用键合工艺连接，得到微型推进器样件。权利要求
1.微型固态化学推进器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 第一步，对普通硅片(I)进行清洗；再在硅表面涂光刻胶(2)、光刻、显影、ICP刻蚀得到下导线槽(16)和上导线槽(3); 第二步，去除光刻胶，清洗硅片表面，溅射金属铝(4)再在铝表面旋涂光刻胶，光刻，显影，利用湿法腐蚀除去曝光区域的铝膜，接着DRIE同时得到燃烧室(5)和喷嘴(15)； 第三步，去除剩余的铝膜，干法氧化硅片，采用氢氟酸溶液清洗氧化膜，得到光洁的燃烧室(5)和喷嘴(15)； 第四步，清洗玻璃片(7)，在玻璃片表面涂光刻胶(2)、光刻、显影得到点火器(18)、上点火导线(10)、下点火导线(11)、上焊盘(12)和下焊盘(13)的图形，在涂有光刻胶的玻璃片表面溅射金属(8)； 第五步，剥离光刻胶，得到点火器(18)，在金属膜(8)的玻璃片上涂光刻胶(2)、光刻、显影得到点火导线区和焊盘区的图形，在涂有光刻胶(2)的玻璃片(7)表面溅射金属薄膜(9)，再去除光刻胶，得到金属导线以及金属焊盘； 第六步，将具有燃烧室和喷嘴结构的硅片和具有点火电路的玻璃片利用键合工艺连接，得到微型固态化学推进器。
2.一种如权利要求I所述微型固态化学推进器的制备方法，其特征在于，所述第四步中金属膜(8)为熔点大于1500°C的金属材料。
3.—种如权利要求I所述微型固态化学推进器的制备方法，其特征在于，所述第五步中金属薄膜(9)的材料为铜、钼或金。
全文摘要
本发明涉及一种微型推进器的制作方法，属于微机电系统制造领域。该方法综合利用了金属铝薄膜工艺和金属剥离工艺，首先在硅片表面溅射金属铝，光刻，以铝为掩模DRIE得到燃烧室和喷嘴；再在玻璃片表面通过剥离工艺得到点火器，再通过剥离工艺得到铜导线以及铜焊盘。本发明的有益效果是利用普通光刻胶和金属铝膜在硅片表面得到具有较深的燃烧室和喷嘴结构，避免了厚胶的使用，利用金属剥离工艺得到点火电路，避免了金属湿法腐蚀过程中刻蚀剂的安全问题以及腐蚀速率不可控的问题，降低了工艺难度，确保制作过程顺利进行。
文档编号B81C1/00GK102701139SQ20121013907
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月6日 优先权日2012年5月6日
发明者张和民, 申强, 苑伟政, 谢建兵, 郝永存 申请人:西北工业大学