專利名稱：一種微機械百葉窗的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微機械百葉窗的制作方法，特別是用于衛星主動熱控、以不銹鋼 為主要結構材料的微機械百葉窗的制作方法。
背景技術：
微機械百葉窗在航天器熱控領域有很迫切的應用需求，它的主體結構為一個可以 開合的微窗，通過調整施加在微窗和基底之間電壓的通斷及大小來控制微窗的開合角度， 相當于調節散熱面的大小，從而實現了航天器的主動熱控制。專利(專利號US62^116)提 出了一種微機械百葉窗，這種微機械百葉窗由于采用硅作為結構材料，而硅是脆性材料，對 于微機械百葉窗這種需要大角度旋轉的器件來說，硅有抗疲勞強度低、壽命短和可靠性低 等諸多不足。而現有的百葉窗制造方法通常為硅基集成電路加工工藝，導致很難采用其他 的材料作為百葉窗的結構材料。發明內容
本發明的目的是解決傳統硅基微機械百葉窗制造方法的不足，提高微機械百葉窗 器件壽命和可靠性。
本發明提出了一種基于濕法腐蝕和激光加工技術的微機械百葉窗的制作方法，包 括以下步驟
1)選取不銹鋼基片，并對其表面進行清潔處理；
2)在不銹鋼基片的上下表面上，采用噴涂法制備一層正性光刻膠，并根據光刻膠 的型號選擇預固化溫度，對光刻膠進行預固化；
3)在基片上表面預固化后的光刻膠上，采用矩形孔陣列作為掩膜，在曝光機下進 行曝光；預固化后的下表面的光刻膠不曝光，作為保護膜使用；
4)將基片在顯影液中浸泡進行顯影；
5)將完成顯影的基片烘烤以完成光刻膠的全固化；
6)將完成固化的基片放入腐蝕液中進行腐蝕，待基片腐蝕區域留下的厚度到達設 計的范圍后停止腐蝕；
7)將完成腐蝕的基片放入光刻膠去膠溶液進行去膠，然后進行清潔；
8)在步驟7)完成的半面腐蝕的基片上下表面噴涂正性光刻膠，并對光刻膠進行 預固化；
9)在基片下表面的光刻膠上，采用扭梁式百葉窗腐蝕圖形陣列作為掩膜，在曝光 機下進行曝光，基片上表面不曝光，作為保護膜使用；
10)將基片在顯影液中浸泡進行顯影；
11)將完成顯影的基片烘烤以完成光刻膠的全固化；
12)將完成固化的基片放入腐蝕液中進行腐蝕，待基片腐蝕區域不銹鋼薄膜被全 部腐蝕后停止腐蝕；
13)將完成腐蝕的基片放入光刻膠去膠溶液進行去膠，然后進行清洗；
14)采用與不銹鋼基片等大的高熱導率金屬材料作為微型熱控百葉窗基底，然后 在上表面制備一層高紅外發射率、高絕緣強度材料作為紅外發射層和電絕緣層；
15)將步驟13)完成的微型熱控百葉窗窗葉結構和步驟14)完成的基底組裝后固 定，并完成上下電極引線。
在步驟1 之后，可以在步驟13完成的基片上下表面均采用薄膜沉積工藝沉積一 層一定厚度的低紅外反射率薄膜，減小百葉窗漏熱，提高有效發射率調節量。
步驟1)所述的不銹鋼基片厚度需大于設計的百葉窗窗葉的寬度，以保證百葉窗 正常開合。
步驟2、和步驟8)所述的光刻膠噴涂中，光刻膠噴涂厚度必須保證較好的均勻性 和一致性，因為光刻膠不均勻會導致曝光顯影后圖形變形，影響腐蝕效果和精度。
步驟3)所述的矩形孔陣列掩膜中矩形孔的尺寸要稍大于設計的百葉窗的單元尺 寸，腐蝕成型的網狀結構主要作為微型百葉窗的結構支撐；
步驟6)和步驟1 所述的不銹鋼腐蝕中必須考慮腐蝕液濃度和溫度對腐蝕速率 的影響，需要進行預先試驗進行腐蝕速率測定以決定腐蝕時間。
本發明的有益效果是
使用本發明所述方法，使得可以采用非硅的空間材料-不銹鋼作為微機械百葉窗 的主體結構材料，使得微機械百葉窗具有較長的器件壽命、較好的空間環境適應性和較高 的可靠性。使用本發明所述方法制造的百葉窗可大幅度減輕航天飛行器熱控分系統的重 量，增加寶貴的有效載荷，使衛星能夠執行復雜的任務，實現機動變軌，大大提高了衛星的 性能和功能。本發明的加工工藝與硅基的加工技術相比，具有工藝簡單、成本低的特點。
圖1是矩形孔陣列掩膜示意圖2是百葉窗單元掩膜示意圖3為微機械百葉窗整體結構圖。
其中1為高導熱金屬基底，2為高紅外發射率、電絕緣膜層，3為不銹鋼結構支撐 框架，4為窗葉下表面低紅外反射率膜層，5為窗葉上表面低紅外發射率膜層，6為百葉窗窗 葉，7為百葉窗的扭梁，8為窗葉的葉片。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明所述方法的優選實施方式進行說明。
具體實施例一
1.選取尺寸為50mmX50mmX 0.8mm的不銹鋼基片，先用稀硝酸浸泡15分鐘以去除 不銹鋼片表面的氧化物，然后用濃堿液浸泡20分鐘去除不銹鋼片表面的油污，最后用去離 子水清洗后烘于；
2.在步驟1處理后的不銹鋼基片的上下表面上，采用噴涂法制備一層正性SU-8光 刻膠，并在85攝氏度下對光刻膠進行預固化30分鐘；
3.在步驟2制備的預固化后的上表面的光刻膠上，采用矩形孔陣列作為掩膜，在曝光機下進行曝光，其中，掩膜整體尺寸與不銹鋼基片等大，矩形孔大小為2mmX lmm,間距 0. 2mm ；
4.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進行顯影；
5.將步驟4完成顯影的基片在95攝氏度下烘烤30分鐘以完成光刻膠的全固化；
6.將步驟5完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用鈦合金板作為陽極，在 常溫下通10安培/平方分米的電流進行電解腐蝕，待基片腐蝕區域留下的厚度為0. 03mm 后立即停止腐蝕；
7.將步驟6完成腐蝕的基片放入溫度為50攝氏度、5%的氫氧化鈉溶液中進行去 膠，然后整體去離子水進行清洗，烘烤；
8.在完成半面腐蝕的基片上下表面噴涂正性SU8光刻膠，并在85攝氏度下對光刻 膠進行預固化30分鐘；
9.在上次進行腐蝕的反面(基片下表面)的光刻膠上，采用扭梁式百葉窗腐蝕圖 形陣列作為掩膜，其中，百葉窗整體尺寸為1. 9mmX0. 9mm,扭梁寬度為0. 015mm,陣列間距 0. 2mm，在曝光機下進行曝光，基片上表面不曝光，作為保護膜使用；
10.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進行顯影；
11.將步驟10完成顯影的基片在95攝氏度下烘烤30分鐘以完成光刻膠的全固 化；
12.將步驟11完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用鈦合金板作為陽極， 在常溫下通10安培/平方分米的電流進行電解腐蝕，待腐蝕區域不銹鋼薄膜被全部腐蝕后 立即停止腐蝕；
13.將步驟12完成腐蝕的基片放入50攝氏度、5%的氫氧化鈉溶液中進行去膠，然 后整體去離子水進行清洗，烘烤，清洗時要防止損傷微結構；
14.在步驟13完成的基片上表面采用磁控濺射薄膜沉積工藝沉積一層厚度為100 納米的鋁膜作為高紅外反射率薄膜，在下表面沉積一層一厚度為100納米的的金膜作為低 紅外發射率薄膜；
15.采用與不銹鋼基片等大的高熱導率金屬材料作為微型熱控百葉窗基底，然后 在上表面采用磁控濺射薄膜沉積工藝制備一層厚度為3微米的二氧化硅薄膜作為紅外發 射層和點絕緣層；
16.將步驟14完成的微型熱控百葉窗窗葉結構和步驟15完成的基底組裝后固定， 并完成上下電極引線。
實施例二
1.選取尺寸為50mmX50mmX 0.6mm的不銹鋼基片，先用稀硝酸浸泡15分鐘以去除 不銹鋼片表面的氧化物，然后用濃堿液浸泡20分鐘去除不銹鋼片表面的油污，最后用去離 子水清洗后烘干；
2.在步驟1處理后的不銹鋼基片的上下表面上，采用噴涂法制備一層正性SU-8光 刻膠，并在85攝氏度下對光刻膠進行預固化30分鐘；
3.在步驟2制備的預固化后的上表面的光刻膠上，采用矩形孔陣列作為掩膜，在 曝光機下進行曝光，其中，掩膜整體尺寸與不銹鋼基片等大，矩形孔大小為1.6mmX0. 7mm, 間距0. 2讓；
4.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進行顯影；
5.將步驟4完成顯影的基片在95攝氏度下烘烤30分鐘以完成光刻膠的全固化；
6.將步驟5完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用鈦合金板作為陽極，在 常溫下通15安培/平方分米的電流進行電解腐蝕，待基片腐蝕區域留下的厚度為0. 02mm 后立即停止腐蝕；
7.將步驟6完成腐蝕的基片放入溫度為50攝氏度、5%的氫氧化鈉溶液中進行去 膠，然后整體去離子水進行清洗，烘烤；
8.在完成半面腐蝕的基片上下表面噴涂正性SU8光刻膠，并在85攝氏度下對光刻 膠進行預固化30分鐘；
9.在上次進行腐蝕的反面(基片下表面)的光刻膠上，采用扭梁式百葉窗腐蝕圖 形陣列作為掩膜，其中，百葉窗整體尺寸為1. 6mmX0. 6mm,扭梁寬度為0. 015mm,陣列間距 0. 2mm，在曝光機下進行曝光，基片上表面不曝光，作為保護膜使用；
10.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進行顯影；
11.將步驟10完成顯影的基片在95攝氏度下烘烤30分鐘以完成光刻膠的全固 化；
12.將步驟11完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用鈦合金板作為陽極， 在常溫下通10安培/平方分米的電流進行電解腐蝕，待腐蝕區域不銹鋼薄膜被全部腐蝕后 立即停止腐蝕；
13.將步驟12完成腐蝕的基片放入50攝氏度、5%的氫氧化鈉溶液中進行去膠，然 后整體去離子水進行清洗，烘烤，清洗時要防止損傷微結構；
14.在步驟13完成的基片上表面采用磁控濺射薄膜沉積工藝沉積一層厚度為120 納米的鋁膜作為高紅外反射率薄膜，在下表面沉積一層一厚度為120納米的的金膜作為低 紅外發射率薄膜；
15.采用與不銹鋼基片等大的高熱導率金屬材料作為微型熱控百葉窗基底，然后 在上表面采用磁控濺射薄膜沉積工藝制備一層厚度為2微米的二氧化硅薄膜作為紅外發 射層和點絕緣層；
16.將步驟14完成的微型熱控百葉窗窗葉結構和步驟15完成的基底組裝后固定， 并完成上下電極引線。
實施例三
1.選取尺寸為45mmX45mmX 0.7mm的不銹鋼基片，先用稀硝酸浸泡15分鐘以去除 不銹鋼片表面的氧化物，然后用濃堿液浸泡20分鐘去除不銹鋼片表面的油污，最后用去離 子水清洗后烘干；
2.在步驟1處理后的不銹鋼基片的上下表面上，采用噴涂法制備一層正性SU-8光 刻膠，并在85攝氏度下對光刻膠進行預固化30分鐘；
3.在步驟2制備的預固化后的上表面的光刻膠上，采用矩形孔陣列作為掩膜，在 曝光機下進行曝光，其中，掩膜整體尺寸與不銹鋼基片等大，矩形孔大小為1.8mmX0. 8mm, 間距0. 2讓；
4.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進行顯影；
5.將步驟4完成顯影的基片在95攝氏度下烘烤30分鐘以完成光刻膠的全固化；6
6.將步驟5完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用鈦合金板作為陽極，在 常溫下通20安培/平方分米的電流進行電解腐蝕，待基片腐蝕區域留下的厚度為0. 02mm 后立即停止腐蝕；
7.將步驟6完成腐蝕的基片放入溫度為50攝氏度、5%的氫氧化鈉溶液中進行去 膠，然后整體去離子水進行清洗，烘烤；
8.在完成半面腐蝕的基片上下表面噴涂正性SU8光刻膠，并在85攝氏度下對光刻 膠進行預固化30分鐘；
9.在上次進行腐蝕的反面(基片下表面)的光刻膠上，采用扭梁式百葉窗腐蝕圖 形陣列作為掩膜，其中，百葉窗整體尺寸為1. 7mmX0. 7mm,扭梁寬度為0. 015mm,陣列間距 0. 2mm，在曝光機下進行曝光，基片上表面不曝光，作為保護膜使用；
10.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進行顯影；
11.將步驟10完成顯影的基片在95攝氏度下烘烤30分鐘以完成光刻膠的全固 化；
12.將步驟11完成固化的基片放入15%的硫酸溶液中，采用鈦合金板作為陽極， 在常溫下通10安培/平方分米的電流進行電解腐蝕，待腐蝕區域不銹鋼薄膜被全部腐蝕后 立即停止腐蝕；
13.將步驟12完成腐蝕的基片放入50攝氏度、5%的氫氧化鈉溶液中進行去膠，然 后整體去離子水進行清洗，烘烤，清洗時要防止損傷微結構；
14.在步驟13完成的基片上表面采用磁控濺射薄膜沉積工藝沉積一層厚度為120 納米的鋁膜作為高紅外反射率薄膜，在下表面沉積一層一厚度為120納米的的金膜作為低 紅外發射率薄膜；
15.采用與不銹鋼基片等大的高熱導率金屬材料作為微型熱控百葉窗基底，然后 在上表面采用磁控濺射薄膜沉積工藝制備一層厚度為2微米的二氧化硅薄膜作為紅外發 射層和點絕緣層；
16.將步驟14完成的微型熱控百葉窗窗葉結構和步驟15完成的基底組裝后固定， 并完成上下電極引線。
權利要求
1.一種微機械百葉窗的制作方法，包括以下步驟1)選取不銹鋼基片，并對其表面進行清潔處理；2)在不銹鋼基片的上下表面上，采用噴涂法制備一層正性光刻膠，并根據光刻膠的型 號選擇預固化溫度，對光刻膠進行預固化；3)在基片上表面預固化后的光刻膠上，采用矩形孔陣列作為掩膜，在曝光機下進行曝 光；預固化后的下表面的光刻膠不曝光，作為保護膜使用；4)將基片在顯影液中浸泡進行顯影；5)將完成顯影的基片烘烤以完成光刻膠的全固化；6)將完成固化的基片放入腐蝕液中進行腐蝕，待基片腐蝕區域留下的厚度到達設計的 范圍后停止離蝕；7)將完成腐蝕的基片放入光刻膠去膠溶液進行去膠，然后進行清潔；8)在步驟7)完成的半面腐蝕的基片上下表面噴涂正性光刻膠，并對光刻膠進行預固化；9)在基片下表面的光刻膠上，采用扭梁式百葉窗腐蝕圖形陣列作為掩膜，在曝光機下 進行曝光，基片上表面不曝光，作為保護膜使用；10)將基片在顯影液中浸泡進行顯影；11)將完成顯影的基片烘烤以完成光刻膠的全固化；12)將完成固化的基片放入腐蝕液中進行腐蝕，待基片腐蝕區域不銹鋼薄膜被全部腐 蝕后停止腐蝕；13)將完成腐蝕的基片放入光刻膠去膠溶液進行去膠，然后進行清洗；14)采用與不銹鋼基片等大的高熱導率金屬材料作為微型熱控百葉窗基底，然后在上 表面制備一層高紅外發射率、高絕緣強度材料作為紅外發射層和電絕緣層；15)將步驟13)完成的微型熱控百葉窗窗葉結構和步驟14)完成的基底組裝后固定，并 完成上下電極引線。
2.根據權利要求1所述的微機械百葉窗的制作方法，其特征在于，在步驟1 和步驟 14)之間，在步驟1 完成的基片上下表面均采用薄膜沉積工藝沉積一層一定厚度的低紅 外反射率薄膜。
3.根據權利要求1所述的微機械百葉窗的制作方法，其特征在于，步驟1)所述的不銹 鋼基片厚度大于設計的百葉窗窗葉的寬度。
4.根據權利要求1所述的微機械百葉窗的制作方法，其特征在于，步驟2)和步驟8)所 述的光刻膠噴涂中，光刻膠噴涂厚度必須保證較好的均勻性和一致性。
5.根據權利要求1所述的微機械百葉窗的制作方法，其特征在于，步驟3)所述的矩形 孔陣列掩膜中矩形孔的尺寸要稍大于設計的百葉窗的單元尺寸，腐蝕成型的網狀結構主要 作為微型百葉窗的結構支撐。
6.根據權利要求1所述的微機械百葉窗的制作方法，其特征在于，步驟6)和步驟12) 所述的不銹鋼腐蝕中必須考慮腐蝕液濃度和溫度對腐蝕速率的影響，需要進行預先試驗進 行腐蝕速率測定以決定腐蝕時間。
全文摘要
本發明涉及一種微機械百葉窗制造方法，包括以下步驟1)選取不銹鋼基片并在其上下表面上制備一層正性光刻膠并進行預固化；2)采用矩形孔陣列作為掩膜進行曝光；預固化后的下表面的光刻膠不曝光；3)將基片顯影并完成光刻膠的全固化，之后進行腐蝕，并去膠清潔；4)在基片上下表面噴涂正性光刻膠并進行預固化；5)在基片下表面的光刻膠上，采用扭梁式百葉窗腐蝕圖形陣列作為掩膜曝光，基片上表面不曝光；6)將基片顯影并完成光刻膠的全固化，之后進行腐蝕并去膠清洗；7)制作百葉窗基底；8)將百葉窗窗葉結構和基底組裝后固定，并完成上下電極引線。本方法使得可以采用不銹鋼作為結構材料，使微機械百葉窗具有較長的壽命和較高的可靠性。
文檔編號B81C1/00GK102033425SQ201010523000
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者吳敢, 尚凱文, 曹生珠, 楊建平, 王蘭喜, 王曉毅, 王瑞, 陳學康, 韋波 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所