3.6　聚合物

微机电系统中的微机械加工技术来源于集成电路的制造技术，硅是最主要的加工材料。与此同时，聚合物材料由于其以下独特的优点越来越多地用于制造微机电系统中的微结构、传感器及执行器。

①成本远低于单晶硅；

②很多聚合物材料适用于低成本批量制造和封装技术，如热微成形、热压以及喷射塑模；

③聚合物衬底可以采用高产的滚压制造方式，取代一次单片的制造方式；

④具备一些硅材料没有的物理、化学特性，如机械冲击容限、生物兼容性及生物降解性。

在MEMS中常用的聚合物材料有以下几种。

（1） 聚酰亚胺

聚酰亚胺是由聚酰亚胺先驱物与特定R基和R'基在经过亚胺化（即脱氢环化），形成的循环链聚合物。由于循环链键结构，具有优异的机械、化学、热特性。

聚酰亚胺在体微机械加工中应用广泛，可用作传感器和执行器的结构单元。但由于其不导电，对压力也不敏感，导体和传感体需要另外集成。

（2）SU-8环氧树脂

光刻胶的主要成分为SU-8环氧树脂，能溶于有机溶剂。溶剂的量决定了光刻胶的黏稠度以及可以得到的胶厚范围，胶厚可以达到100μm。 SU-8环氧树脂可用于实现低成本掩膜、成形和制造高深宽比结构（＞15）。相比于其他制造高深宽比结构的技术，如LIGA和深反应离子刻蚀，SU-8光刻的成本显著降低。SU-8可集成于多种微器件中，如微流器件、SPM探针，在表面微加工中，SU-8也可用作厚牺牲层。

（3）液晶聚合物（LCP）

液晶聚合物是一种具有独特结构和物理特性的热塑性塑料。在加工过程中， 当呈液态流动时，分子的刚性部分会沿着剪切流方向一个接一个对准排列。一旦这个方向形成，分子的方向和结构将不再改变，即使温度降解至低于熔融温度。而其他热塑性聚合物的分子链在固态下随机排列。

LCP具有很好的稳定性，可用作衬底材料，供应时以薄片状，几微米到几毫米厚。LCP薄片可以与其他衬底材料（如玻璃）直接键合。

（4）聚二甲基硅氧烷（PDMS）

PDMS是室内硫化硅树脂人造橡胶族的一种，具有透光性、电绝缘性、机械弹性、气体浸透性和生物兼容性，广泛用于微流控器件。

（5）石蜡

石蜡有很多其他材料没有的特性。如石蜡有很低的熔融温度（40～70℃）和较高的体膨胀（14%～16%），不同熔融温度的石蜡混合可以调控石蜡的熔融温度。一些特定的有机溶剂（如丙醇）可以在室温下有选择性地刻蚀石蜡。对于很多强酸溶液（如HF），也有很好的稳定性。石蜡片可以与集成加热器封装在一起形成石蜡执行器，也可以在微流阀或泵中。也可以制作复杂微结构的模具。石蜡可以采用热蒸发的方法淀积，采用等离子体（氧气与氟利昂14的混合气体）刻蚀成形。由于熔融温度低，淀积后必须在低温下进行处理，或者在处理过程中对衬底进行冷却。

（6）凝胶

凝胶是一种在一定条件下可产生膨胀和收缩效应的聚合物。亲水性聚合物在水溶液中，水分子与它化合，使它扩展膨胀；疏水性聚合物在水溶液中，聚合物链相互卷成团（收缩）。可带电聚合物在绝缘的溶液中，会产生膨胀，而在绝缘溶液中加入电解液，就会再一次收缩。可用于制造微致动器和微传感器。具有可收缩和可膨胀特性的凝胶有聚苯乙烯、聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸盐，其膨胀特性依次改善。可膨胀的凝胶的活性可通过改变溶液的pH值、热效应、光作用、静电相互作用来改变。