專(zhuān)利名稱(chēng)：一種柔性壁面熱線微傳感器的新型制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性壁面熱線微傳感器的新型制作方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
:熱線傳感器是流場(chǎng)信息測(cè)試領(lǐng)域中重要的測(cè)量器件之一。它作為一種高效、可靠的測(cè)量器件，常用于流場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)?；贛EMS的壁面熱線微傳感器因具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、靈敏度高以及信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，在流體壁面剪應(yīng)力和非定常流測(cè)量中具有廣泛的應(yīng)用前景。而采用聚酰亞胺柔性基底的壁面熱線微傳感器不僅具有常規(guī)壁面熱線微傳感器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且可以應(yīng)用于機(jī)翼、機(jī)身以及渦輪葉片等各種復(fù)雜型面的測(cè)量，為相關(guān)模型的實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)提供了可靠的支撐手段。柔性壁面熱線微傳感器的典型結(jié)構(gòu)是在敏感元件的下表面設(shè)計(jì)一個(gè)空腔結(jié)構(gòu)，使敏感元件與空氣完全接觸。德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)從2005年開(kāi)始研究這種結(jié)構(gòu)的柔性壁面熱線微傳感器，其工藝實(shí)現(xiàn)方法為先在聚酰亞胺柔性基底表面通過(guò)光刻工藝形成敏感元件，接著在其表面沉積一層金屬薄膜，再圖形化該金屬薄膜層，使其作為掩膜進(jìn)行聚酰亞胺的干法刻蝕，利用根切效應(yīng)(footing effect)來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感元件的懸空,最后將掩膜金屬層通過(guò)濕法刻蝕去掉。該制作方法的不足是在形成空腔結(jié)構(gòu)后，濕法刻蝕去掉掩膜金屬層的同時(shí)會(huì)腐蝕已經(jīng)形成的敏感元件，影響敏感元件的尺寸參數(shù)和測(cè)量性能，使熱線敏感單元達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，容易斷裂，降低其使用壽命，從而影響傳感器的性能
發(fā)明內(nèi)容
:為了克服現(xiàn)有技術(shù)由于正面刻蝕柔性基底帶來(lái)的腐蝕敏感單元的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種柔性熱線微傳感器背面刻蝕柔性基底的工藝方法。為了與標(biāo)準(zhǔn)MEMS工藝兼容，本發(fā)明采用硬質(zhì)襯底來(lái)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中柔性基底的固定，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝實(shí)現(xiàn)柔性基底正面器件和導(dǎo)線的圖形化，接著在正面沉積聚對(duì)二甲苯作為保護(hù)和強(qiáng)化層，然后在硬質(zhì)襯底背面貼附感光藍(lán)膜，采用掩膜曝光及濕法腐蝕實(shí)現(xiàn)金屬載體的圖形化，形成用于柔性基底刻蝕的硬掩膜，再通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕實(shí)現(xiàn)柔性基底的局部刻蝕，刻蝕完成后采用高溫加熱的方法實(shí)現(xiàn)傳感器和硬質(zhì)襯底的分離。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案:一種柔性壁面熱線微傳感器的新型制作方法，包括如下步驟:步驟1:對(duì)硬質(zhì)襯底進(jìn)行表面拋光和清洗；步驟2:在硬質(zhì)襯底上表面旋涂PDMS，所述PDMS作為粘接劑，使聚酰亞胺薄膜與硬質(zhì)襯底相結(jié)合；步驟3:將聚酰亞胺薄膜貼覆于旋涂有PDMS的硬質(zhì)襯底表面，采用加溫加壓裝置實(shí)現(xiàn)貼合，所述聚酰亞胺薄膜形成柔性壁面熱線微傳感器的柔性基底2 ；
步驟4:在聚酰亞胺表面依次沉積第一金屬層和第二金屬層，圖形化后形成敏感兀件I和導(dǎo)線5 ；步驟5:在形成的敏感元件I和導(dǎo)線5的表面沉積聚對(duì)二甲苯4 ；步驟6:對(duì)硬質(zhì)襯底圖形化，形成空腔3的掩膜層；步驟7:以圖形化的硬質(zhì)襯底作為掩膜，進(jìn)行PDMS和聚酰亞胺的刻蝕，形成空腔3 ；步驟8:加熱硬質(zhì)襯底，實(shí)現(xiàn)柔性壁面熱線微傳感器和硬質(zhì)襯底的剝離。本發(fā)明的有益效果是:I)采用硬質(zhì)襯底作為加工過(guò)程中的載體，不僅可以與MEMS工藝兼容，而且可以用作聚酰亞胺刻蝕的掩膜；2)加工過(guò)程中敏感元件的圖形精度易于保證，在進(jìn)行柔性基底背面刻蝕的過(guò)程中不會(huì)影響敏感元件；3)通過(guò)對(duì)敏感元件上表面沉積聚對(duì)二甲苯保護(hù)膜，使器件在加工和使用過(guò)程中得到了保護(hù)，加工完成的柔性熱線微傳感器甚至在惡劣環(huán)境中也可以得到應(yīng)用。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。


:圖1是實(shí)施例中柔性壁面熱線微傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是實(shí)施例1中柔性壁面熱線微傳感器制作工藝流程中，I一敏感元件；2—柔性襯底；3—空腔；4一聚對(duì)二甲苯；5—導(dǎo)線；
具體實(shí)施方式
:實(shí)施例一:本實(shí)施例提出在柔性熱線微傳感器背面刻蝕的方法，主要是敏感元件的圖形化工藝為濕法腐蝕工藝，具體包括如下步驟:步驟1:將厚度為100微米的銅箔裁剪為直徑為80mm的圓片，并采用拋光機(jī)進(jìn)行表面拋光，拋光后進(jìn)行銅箔的清洗；步驟2:在清洗后的銅箔表面旋涂5微米厚的PDMS，其中PDMS配比膠液和固化劑的比例為10:1 ;轉(zhuǎn)速為2500RPM ；步驟3:將厚度為125微米的聚酰亞胺薄膜貼覆于旋涂有PDMS的銅箔表面，采用溫度70°C，壓力130Pa進(jìn)行貼合；步驟4:將銅箔作為載體的聚酰亞胺放入濺射腔體，分別沉積0.3 μ m的鎳和2 μ m的銅薄膜，采用比例為過(guò)硫酸銨:雙氧水:水=1:1:20的溶液濕法腐蝕實(shí)現(xiàn)銅導(dǎo)線的圖形化，采用30%的FeCl3溶液實(shí)現(xiàn)鎳敏感元件的圖形化；步驟5:將圖形化后的襯底和載體一起置于SCS PDS2010實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用聚對(duì)二甲苯沉積設(shè)備中，沉積2-3微米聚對(duì)二甲苯，用作保護(hù)和強(qiáng)化作用。步驟6:在銅箔背面貼附感光藍(lán)膜，通過(guò)掩膜曝光顯影，顯影后采用FeCl3溶液濕法腐蝕銅箔并實(shí)現(xiàn)圖形化。
步驟7:將整個(gè)片子倒置過(guò)來(lái)，放入RIE刻蝕設(shè)備中，通過(guò)圖形化的銅箔進(jìn)行聚酰亞胺的刻蝕。步驟8:將銅箔加熱到80°C，實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺基底和PDMS的分離。實(shí)施例二:本實(shí)施例提出在柔性熱線微傳感器背面刻蝕的方法，主要是敏感元件的圖形化方法為剝離工藝，具體包括如下步驟:步驟1:將厚度為100微米的鋁箔裁剪為直徑為80mm的圓片，并采用拋光機(jī)進(jìn)行表面拋光，拋光后進(jìn)行鋁箔的清洗；步驟2:在清洗后的鋁箔表面旋涂5微米厚的PDMS，其中PDMS配比膠液和固化劑的比例為10:1 ;轉(zhuǎn)速為2500RPM ；步驟3:將厚度為125微米的聚酰亞胺薄膜貼覆于旋涂有PDMS的銅箔表面，采用溫度70°C，壓力130Pa進(jìn)行貼合；步驟4:將鋁箔作為載體的聚酰亞胺旋涂光刻膠，并曝光顯影，將光刻膠圖形化后的片子放入濺射腔體，沉積0.3 μ m的鉬，將沉積有鉬薄膜的載體進(jìn)行超聲振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉬薄膜的順利剝離；采用同樣的方法實(shí)現(xiàn)2μπι的金薄膜的圖形化；步驟5:將圖形化后的襯底和載體一起置于SCS PDS2010實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用聚對(duì)二甲苯沉積設(shè)備中，沉積2-3微米聚對(duì)二甲苯，用作保護(hù)和強(qiáng)化作用。步驟6:在鋁箔背面貼附感光藍(lán)膜，通過(guò)掩膜曝光顯影，顯影后采用鋁刻蝕液濕法腐蝕鋁箔并實(shí)現(xiàn)圖形化。步驟7:將整個(gè)片子倒置過(guò)來(lái)，放入RIE刻蝕設(shè)備中，通過(guò)圖形化的鋁箔進(jìn)行聚酰亞胺的刻蝕。步驟8:將鋁箔加熱到80°C，實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺基底和PDMS的分離。
權(quán)利要求
1.一種柔性壁面熱線微傳感器的新型制作方法，包括如下步驟: 步驟1:對(duì)硬質(zhì)襯底進(jìn)行表面拋光和清洗； 步驟2:在硬質(zhì)襯底上表面旋涂PDMS ； 步驟3:將聚酰亞胺薄膜貼覆于旋涂有PDMS的硬質(zhì)襯底表面，采用加溫加壓裝置實(shí)現(xiàn)貼合，所述聚酰亞胺薄膜形成柔性壁面熱線微傳感器的柔性基底(2); 步驟4:在聚酰亞胺表面依次沉積第一金屬層和第二金屬層，圖形化后形成敏感元件(I)和導(dǎo)線(5)； 步驟5:在形成的敏感元件(I)和導(dǎo)線(5)的表面沉積聚對(duì)二甲苯(4)； 步驟6:對(duì)硬質(zhì)襯底圖形化，形成空腔(3)的掩膜層； 步驟7:以圖形化的硬質(zhì)襯底作為掩膜，進(jìn)行PDMS和聚酰亞胺的刻蝕，形成空腔(3)； 步驟8:加熱硬質(zhì)襯底，實(shí)現(xiàn)柔性壁面熱線微傳感器和硬質(zhì)襯底的剝離。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種柔性壁面熱線微傳感器的新型制作方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。本發(fā)明采用柔性金屬載體來(lái)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中柔性襯底的固定，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝實(shí)現(xiàn)柔性襯底正面器件和導(dǎo)線的圖形化，接著在正面沉積聚對(duì)二甲苯(Parylene)作為保護(hù)和強(qiáng)化層，然后在柔性金屬載體背面貼附感光藍(lán)膜，采用掩膜曝光及濕法腐蝕實(shí)現(xiàn)柔性金屬載體的圖形化，形成用于柔性襯底刻蝕的硬掩膜，再通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕(RIE)實(shí)現(xiàn)柔性襯底的局部刻蝕，刻蝕完成后采用高溫加熱的方法實(shí)現(xiàn)傳感器和柔性金屬載體的分離。該方法可以有效的保護(hù)柔性壁面熱線微傳感器的敏感單元，提高了傳感器的性能，使用壽命也會(huì)大幅增加。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103086320SQ20131002141
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者馬炳和, 朱鵬飛, 馬旭輪, 鄧進(jìn)軍 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)