專利名稱：一種微機(jī)械百葉窗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械百葉窗的制作方法，特別是用于衛(wèi)星主動熱控、以不銹鋼 為主要結(jié)構(gòu)材料的微機(jī)械百葉窗的制作方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)械百葉窗在航天器熱控領(lǐng)域有很迫切的應(yīng)用需求，它的主體結(jié)構(gòu)為一個可以 開合的微窗，通過調(diào)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(dāng)于調(diào)節(jié)散熱面的大小，從而實現(xiàn)了航天器的主動熱控制。專利(專利號US62^116)提 出了一種微機(jī)械百葉窗，這種微機(jī)械百葉窗由于采用硅作為結(jié)構(gòu)材料，而硅是脆性材料，對 于微機(jī)械百葉窗這種需要大角度旋轉(zhuǎn)的器件來說，硅有抗疲勞強(qiáng)度低、壽命短和可靠性低 等諸多不足。而現(xiàn)有的百葉窗制造方法通常為硅基集成電路加工工藝，導(dǎo)致很難采用其他 的材料作為百葉窗的結(jié)構(gòu)材料。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)硅基微機(jī)械百葉窗制造方法的不足，提高微機(jī)械百葉窗 器件壽命和可靠性。
本發(fā)明提出了一種基于濕法腐蝕和激光加工技術(shù)的微機(jī)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(jìn)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(jù)光刻膠 的型號選擇預(yù)固化溫度，對光刻膠進(jìn)行預(yù)固化；
3)在基片上表面預(yù)固化后的光刻膠上，采用矩形孔陣列作為掩膜，在曝光機(jī)下進(jìn) 行曝光；預(yù)固化后的下表面的光刻膠不曝光，作為保護(hù)膜使用；
4)將基片在顯影液中浸泡進(jìn)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(jìn)行腐蝕，待基片腐蝕區(qū)域留下的厚度到達(dá)設(shè) 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(jìn)行去膠，然后進(jìn)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(jìn)行 預(yù)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(jī)下進(jìn)行曝光，基片上表面不曝光，作為保護(hù)膜使用；
10)將基片在顯影液中浸泡進(jìn)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(jìn)行腐蝕，待基片腐蝕區(qū)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(jìn)行去膠，然后進(jìn)行清洗；
14)采用與不銹鋼基片等大的高熱導(dǎo)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(fā)射率、高絕緣強(qiáng)度材料作為紅外發(fā)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(jié)構(gòu)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(fā)射率調(diào)節(jié)量。
步驟1)所述的不銹鋼基片厚度需大于設(shè)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(dǎo)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(shè)計的百葉窗的單元尺 寸，腐蝕成型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主要作為微型百葉窗的結(jié)構(gòu)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(jìn)行預(yù)先試驗進(jìn)行腐蝕速率測定以決定腐蝕時間。
本發(fā)明的有益效果是
使用本發(fā)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(jī)械百葉窗 的主體結(jié)構(gòu)材料，使得微機(jī)械百葉窗具有較長的器件壽命、較好的空間環(huán)境適應(yīng)性和較高 的可靠性。使用本發(fā)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(tǒng)的重 量，增加寶貴的有效載荷，使衛(wèi)星能夠執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，實現(xiàn)機(jī)動變軌，大大提高了衛(wèi)星的 性能和功能。本發(fā)明的加工工藝與硅基的加工技術(shù)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(jī)械百葉窗整體結(jié)構(gòu)圖。
其中1為高導(dǎo)熱金屬基底，2為高紅外發(fā)射率、電絕緣膜層，3為不銹鋼結(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)合附圖，對本發(fā)明所述方法的優(yōu)選實施方式進(jìn)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(jìn)行預(yù)固化30分鐘；
3.在步驟2制備的預(yù)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(jī)下進(jìn)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(jìn)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(jìn)行電解腐蝕，待基片腐蝕區(qū)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(jìn)行去 膠，然后整體去離子水進(jìn)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(jìn)行預(yù)固化30分鐘；
9.在上次進(jìn)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(jī)下進(jìn)行曝光，基片上表面不曝光，作為保護(hù)膜使用；
10.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進(jìn)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(jìn)行電解腐蝕，待腐蝕區(qū)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(jìn)行去膠，然 后整體去離子水進(jìn)行清洗，烘烤，清洗時要防止損傷微結(jié)構(gòu)；
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(fā)射率薄膜；
15.采用與不銹鋼基片等大的高熱導(dǎo)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(fā) 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(jié)構(gòu)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(jìn)行預(yù)固化30分鐘；
3.在步驟2制備的預(yù)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(jī)下進(jìn)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(jìn)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(jìn)行電解腐蝕，待基片腐蝕區(qū)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(jìn)行去 膠，然后整體去離子水進(jìn)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(jìn)行預(yù)固化30分鐘；
9.在上次進(jìn)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(jī)下進(jìn)行曝光，基片上表面不曝光，作為保護(hù)膜使用；
10.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進(jìn)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(jìn)行電解腐蝕，待腐蝕區(qū)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(jìn)行去膠，然 后整體去離子水進(jìn)行清洗，烘烤，清洗時要防止損傷微結(jié)構(gòu)；
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(fā)射率薄膜；
15.采用與不銹鋼基片等大的高熱導(dǎo)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(fā) 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(jié)構(gòu)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(jìn)行預(yù)固化30分鐘；
3.在步驟2制備的預(yù)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(jī)下進(jìn)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(jìn)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(jìn)行電解腐蝕，待基片腐蝕區(qū)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(jìn)行去 膠，然后整體去離子水進(jìn)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(jìn)行預(yù)固化30分鐘；
9.在上次進(jìn)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(jī)下進(jìn)行曝光，基片上表面不曝光，作為保護(hù)膜使用；
10.將基片在光刻膠顯影液中浸泡5分鐘進(jìn)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(jìn)行電解腐蝕，待腐蝕區(qū)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(jìn)行去膠，然 后整體去離子水進(jìn)行清洗，烘烤，清洗時要防止損傷微結(jié)構(gòu)；
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(fā)射率薄膜；
15.采用與不銹鋼基片等大的高熱導(dǎo)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(fā) 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(jié)構(gòu)和步驟15完成的基底組裝后固定， 并完成上下電極引線。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)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(jìn)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(jù)光刻膠的型 號選擇預(yù)固化溫度，對光刻膠進(jìn)行預(yù)固化；3)在基片上表面預(yù)固化后的光刻膠上，采用矩形孔陣列作為掩膜，在曝光機(jī)下進(jìn)行曝 光；預(yù)固化后的下表面的光刻膠不曝光，作為保護(hù)膜使用；4)將基片在顯影液中浸泡進(jìn)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(jìn)行腐蝕，待基片腐蝕區(qū)域留下的厚度到達(dá)設(shè)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(jìn)行去膠，然后進(jìn)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(jìn)行預(yù)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(jī)下 進(jìn)行曝光，基片上表面不曝光，作為保護(hù)膜使用；10)將基片在顯影液中浸泡進(jìn)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(jìn)行腐蝕，待基片腐蝕區(qū)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(jìn)行去膠，然后進(jìn)行清洗；14)采用與不銹鋼基片等大的高熱導(dǎo)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(fā)射率、高絕緣強(qiáng)度材料作為紅外發(fā)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(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)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(shè)計的百葉窗窗葉的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)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(shè)計的百葉窗的單元尺寸，腐蝕成型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主要 作為微型百葉窗的結(jié)構(gòu)支撐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)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(jìn)行預(yù)先試驗進(jìn) 行腐蝕速率測定以決定腐蝕時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機(jī)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(jìn)行預(yù)固化；2)采用矩形孔陣列作為掩膜進(jìn)行曝光；預(yù)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(jìn)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(jìn)行預(yù)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(jìn)行腐蝕并去膠清洗；7)制作百葉窗基底；8)將百葉窗窗葉結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)材料，使微機(jī)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(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者吳敢, 尚凱文, 曹生珠, 楊建平, 王蘭喜, 王曉毅, 王瑞, 陳學(xué)康, 韋波 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所