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微加工制造技术

时间:2021-12-28 15:44:55  来源:  作者:

工作在100GHz以上频率的器件,其结构变得很小,普通的精密机械加工很难应用,需要采用微加工技术;而微加工又不能用于低于100GHz的器件,因为其相关尺寸又太大。因此,微加工的引入并不威胁到替代传统器件的普通加工,它将创立新一类真空电子器件,对应于以前做不到的各种应用。微加工制造对真空电子学而言是一个发展的新阶段,会带来许多新的问题和挑战。

首先,微加工最基本的形式,包括广泛应用于固态器件的掩膜技术和表面光刻,相对浅的化学腐蚀,本质上是一种二维加工,并且是对化学上活跃材料的处理和合成。而真空电子器件是一种三维结构,通常是对化学上不活跃的金属和陶瓷进行加工。微加工技术通常不直接应用于制造三维金属结构,而是间接地在硅或不同的光刻胶中创立浇铸模来电铸或金属涂敷慢波电路,形成金属元件。但是,我们采用的微加工,本质上还是一个光刻过程。它意味着,每一操作过程至少是基片规模的多器件制造。不是制造一个器件,而是同时生产几十个产品。

其次,为了建立W 波段及其以上频段的缩尺电路,需要采用多层UVLIGA刻蚀方法。利用一个3层UVLIGA方法制造微加工折叠波导电路(蛇行电路)(图1),其中第一层厚度只包含蛇行电路图形而没有电子注通道,第二层包含整个电子注通道和蛇行电路图形。不用光刻掩模,用一个激光图形发生器(HeidelberguPG101)实现紧密的平面尺寸容差控制。需要的容差精度依赖于要求的电路性能。最不敏感的结构是波导窄边宽度,需要保持在±10μm 以内,波导宽边(电铸铜的深度)必须保持在±2μm以内。电子注通道孔在x 方向,即蛇形弯曲平面,必须对中在±5μm 以内,如果存在很大的超差,或者在这个平面向电子注通道倾斜,隙缝之间的相位不再是常数,导致外部的阻带可能引起振荡。电子注通道必须在y 方向保持公差在±20μm以内,或者可以降低增益。电子注通道的对中依赖于透明的UV 聚合物折叠丝的对中精度。为了满足要求,可利用一个包含对中柱的SU-8外加层,固定丝实现对中,这些对中柱被下一层SU-8淹没,在处理过程中随SU-8块体一起移去。

微加工技术在太赫兹螺旋线行波管和返波管制造中的应用,94GHz的螺旋线行波管已经制造出来,650GHz的螺旋线返波管正在研究中,说明螺旋线可以工作在太赫兹频率。图2给出了太赫兹螺旋线制造的过程。第一步是将沉积在硅基片上的金刚石带刻蚀一个开口,金刚石带用来支撑螺旋线;在硅基片上刻蚀出一条沟道,硅沟道底部决定螺旋线的外径,选择性地将金属溅入沟道中;移去硅基上的光刻胶模,形成半个螺旋线;将上下两个半个螺旋线焊接在一起,产生一个金属螺旋线圈,被金刚石支撑。

1 3层UV-LIGA微制造过程

2螺旋线制造过程的描述螺旋线制X造过程的描述

3(a)是焊接在金刚石支撑膜上的半面螺旋线,图3(b)是金刚石支撑的650GHz BWO 螺旋线。

3(a)焊接在金刚石膜上的半面螺旋线;(b)金刚石支撑的650GHz BWO螺旋线


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