[发明专利]基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法，所示基于异质驱动单元的微型热力阵列，包括：衬底，所述衬底上设有呈阵列状布置的多个微驱动器，所述微驱动器包括设于衬底表面上的薄膜电阻加热器以及导热硅柱，所述薄膜电阻加热器的表面设有聚合物驱动结构层，且所述导热硅柱内嵌于聚合物驱动结构层的内部。本发明能够改善内部热场分布均匀性和传输速度，有效提升热驱动的效率，能够显著的改善聚合物内部的温度场分布的均匀性，充分发挥聚合物的热膨胀系数大的优点，最大效率的提升驱动效率，提升驱动结构末端响应位移，能够实现对典型的微机电系统结构(如薄板等)加工误差或面外变形的精准调控/矫正。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，特别是涉及一种基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)器件常用的主动调控技术有静电驱动、压电驱动和热驱动等。静电调控技术可实现对MEMS器件变形的调控，由于静电吸合及动态调节范围限制等使其应用受到制约。压电驱动是应用非常普遍的驱动方式，但较大工作电压成为应用的瓶颈所在。相对而言，热驱动方式具备静态位移大、驱动力强、易于集成等特点。

目前，常用方法是通过在四支撑梁上布置微驱动器调控平板结构位移，但这种方式只能实现结构上下平动不具备调控局部变形的能力。通常选择SU8光刻胶作为执行材料，其以稳定的机械和化学特性在MEMS领域得到了广泛应用。由于其独特的工艺特性及在制备高深宽比3D结构场合展现了独特优势，SU8具备聚合物材料典型的热膨胀系数大而得到广泛应用，如微夹持机构、操控平台及微变形镜等。

但传统的方式存在热响应时间比较长，为了提高热响应速度需改善驱动单元内部的温度场分布和响应时间等。因此，选择具有大膨胀系数的环氧树脂胶的聚合物作为驱动材料时，虽然具有驱动电压低和驱动位移大等显著优点，然而热传导系数慢、温度场分布不均匀等问题限制了其进一步应用。特别是聚合物驱动单元尺寸较大时，热量从热源一端向执行器末端传导，由于热导率低或热容大等原因导致热响应时间比较长，进而使驱动效果不能充分发挥和热驱动器末端位移小，达到稳态需要较长的时间，因此这会在很大程度上影响设计的驱动效果的发挥。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于异质驱动单元的微型热力阵列及其制备方法，能够改善驱动单元内部热场分布均匀性和传输速度，有效提升热驱动的效率，充分发挥聚合物的热膨胀系数大的优点，最大效率的提高驱动效率，提升驱动结构末端位移响应。

第一方面，本发明实施例提供一种基于异质驱动单元的微型热力阵列，包括：

衬底，所述衬底上设有呈阵列状布置的多个微驱动器，所述微驱动器包括设于衬底表面上的薄膜电阻加热器以及导热硅柱，所述薄膜电阻加热器的表面设有聚合物驱动结构层，且所述导热硅柱内嵌于聚合物驱动结构层的内部。

可选的，所述衬底为玻璃衬底。

可选的，所述薄膜电阻加热器为Ti薄膜电阻加热器，所述衬底上设有薄膜电阻加热器的电连接端子，所述Ti薄膜电阻加热器和实时电连接端子之间的导电膜引线为由Al薄膜、Ti薄膜构成的双层结构，所述Al薄膜作为导电层沉积在Ti薄膜上。

可选的，所述Ti薄膜电阻加热器为由Ti薄膜构成弯曲的蛇形走线结构。

可选的，所述导热硅柱为采用干法刻蚀制备后与衬底1阳极键合连接。

可选的，所述聚合物驱动结构层为环氧树脂。

可选的，所述阵列状布置为环形阵列、线性阵列、放射性阵列中的任一种。

第二方面，本发明实施例还提供一种前述基于异质驱动单元的微型热力阵列的制备方法，包括：

S1、将衬底进行清洗和干燥处理；

S2、在衬底上制备薄膜电阻加热器；