基于微電鑄overplating的微透鏡制造技術(shù)研究.pdf

1、作為一種重要的微光學(xué)元件，微透鏡及其陣列憑借其匯聚、準(zhǔn)直以及成像的能力，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用;相應(yīng)的微透鏡制造方法也是層出不窮，成為微光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文利用微孔電沉積在其過電鑄overplating階段形成的球凸結(jié)構(gòu)作為母型，結(jié)合翻模復(fù)制工藝，提出了一種全新的微透鏡制造方法。從數(shù)值仿真以及實(shí)驗(yàn)的角度深入研究了overplating結(jié)構(gòu)的面形演變機(jī)理。在工藝參數(shù)優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，建立兼容性良好的集成工藝，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)可控的大數(shù)值

2、孔徑微透鏡以及填充比可達(dá)100％的微透鏡陣列的制造，并對其幾何參數(shù)及光學(xué)性能進(jìn)行了測量評價(jià)。主要工作從以下幾個(gè)方面展開:
　　從電沉積過程的基本電化學(xué)原理出發(fā)，建立了微孔電沉積過程的數(shù)值計(jì)算模型。該模型通過對流場分布、反應(yīng)離子的物質(zhì)輸運(yùn)以及電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的耦合，結(jié)合移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了陰極沉積面形的動(dòng)態(tài)仿真。在此基礎(chǔ)上利用有限元方法分析了對流攪拌對微孔電沉積過程的影響，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對比，為后續(xù)的電鑄實(shí)驗(yàn)條件選擇提供理論依據(jù)。<

3、br>　　對微孔電沉積在overplating階段的成形規(guī)律開展了深入的研究。利用本文構(gòu)建的數(shù)值計(jì)算模型，分析了電極的結(jié)構(gòu)尺寸以及電沉積速度等因素對overplating階段沉積面形演變的影響。通過自行搭建的電鑄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展overplating沉積過程的實(shí)驗(yàn)研究;探索微孔孔徑、結(jié)構(gòu)的深寬比，以及電流密度等條件對overplating沉積過程的影響。數(shù)值計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果均表明，微孔孔徑以及電沉積速度越小，則越傾向于形成球凸形的o

4、verplating結(jié)構(gòu);而微孔孔徑以及電沉積速度越大，則越傾向于形成中間低而四周高的火山口形overplating結(jié)構(gòu)。后續(xù)的測量結(jié)果表明了該工藝過程的良好穩(wěn)定性和重復(fù)性。
　　本方法的整個(gè)工藝流程主要包含光刻、微電鑄以及軟光刻翻模幾個(gè)階段，在分析各個(gè)階段工藝參數(shù)影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，對相關(guān)工藝參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了研究，建立了兼容性良好的集成工藝，實(shí)現(xiàn)了微透鏡及其陣列的制造。本文通過改進(jìn)光刻工藝參數(shù)，獲得了滿足后續(xù)電鑄處理需求的穩(wěn)定性良

5、好的光刻膠掩膜結(jié)構(gòu)。優(yōu)化微電鑄的電參數(shù)，改善沉積面的粗糙度，保證微透鏡的表面精度滿足基本的光學(xué)應(yīng)用需求。改善軟光刻翻模工藝，實(shí)現(xiàn)光固化膠對透鏡凹模的良好填充，獲得高精度無氣泡缺陷的復(fù)制透鏡及其陣列。
　　對翻模所得微透鏡及其陣列的幾何參數(shù)和光學(xué)性能進(jìn)行測量和評價(jià)。本文利用顯微成像結(jié)合圖像處理技術(shù)，通過輪廓的提取及擬合實(shí)現(xiàn)了透鏡幾何參數(shù)的測量。在此基礎(chǔ)上，分析了透鏡面形的演化規(guī)律，根據(jù)透鏡幾何參數(shù)與電鑄時(shí)間的關(guān)系評價(jià)了工藝的可控性。