[發明專利]膜片的制造

無效

• 申請號: 01122015.5
• 申請日: 2001-06-22
• 公開（公告）號: CN1330034A
• 公開（公告）日: 2002-01-09
• 發明（設計）人: 哈羅德·S·岡布爾;S·J·內爾·米切爾;安德爾澤·普魯查斯卡;斯蒂芬·皮特·非茨杰拉爾德
• 申請（專利權）人: 蘭道克斯實驗有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81B7/00;G01L9/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李德山

本發明涉及精密加工的硅膜片，更具體地說，涉及制造這種膜片的方法。

許多微型機械器件的工作原理采用使用柔性膜片作為撓性部件，通常用作無源換能元件。含有柔性膜片的各種器件包括精密加工的壓力傳感器，麥克風及各種微型流體器件，例如微型泵及噴墨印刷頭。

制造過程中膜片的幾何公差，以及膜片與器件其它部分的熱相容性對整體器件性能具有很大的影響，尤其是在諸如低壓傳感或者精確的皮升容量液體處理之類的應用中更是如此。

由于精密加工時代的開始，已在膜片的材料和幾何形狀控制方面，采用了不同的解決方案。壓力傳感器從其早期階段就采用薄的硅膜片作為傳感元件。簡單地通過對暴露的硅區域進行各向異性蝕刻，同時借助計時蝕刻，或者借助諸如重硼摻雜或反向p-n結點形成之類的蝕刻終止(etch-stop)技術，控制膜片的厚度，形成膜片。

噴墨印刷頭和微型泵中的撓性元件通過由不銹鋼，玻璃或硅制成。

在E.Stemme和S.Larsson的“The?piezoelectric?capillaryinjector-A?new?hydrodynamic?method?for?dot?pattern?generation”，IEEE?Transactions?on?Electron?Devices，Vol.ED-20，No.1，1973年1月，第14-19頁中展示了不銹鋼膜片的一個例子。

在K.Petersen的“Fabrication?of?an?integrated?planar?siliconink-jet?structure”，IEEE?Transactions?on?Electron?Devices，Vol.ED-26，No.12，1979年12月，以及A.Olsson，P.Enoksson，G.Stemme和E.Stemme的“Micromachined?flat-walled?valveless?diffuserpumps”，Journal?of?Microelectromechanical?Systems，Vol.6，No.2，1997年6月中展示了玻璃膜片的例子。

在T.Laurell，L.Wallman和J.Nilsson的“Design?anddevelopment?of?a?silicon?microfabricated?flow-through?dispenser?foron-line?picolitre?sample?handling”，Journal?of?Micromechanics?andMicroengineering?9(1999)，第369-376頁，和C.Meinhart與H.Zhang的“The?flow?structure?inside?a?microfabricated?inkjet?printhead”，Journal?of?Microelectromechanical?Systems，Vol.9，No.1，2000年3月，第67-75頁中給出了硅膜片的例子。

膜片材料的選擇取決于整體制造工藝的相容性，就基于批量生產的標準顯微機械加工技術來說，兩種主要材料是玻璃和硅。使用玻璃的缺陷首先在于玻璃的精密機械加工很困難，其次在于玻璃與硅的熱不相容性。就硅來說，不存在這些缺陷。

在大多數情況下，通過利用伴隨蝕刻終止技術的硅蝕刻，形成硅膜片。US4872945描述了制造這種硅膜片的一種方法，在蝕刻硅圓片的另一面，以便控制硅圓片的厚度之前，有選擇地在硅圓片的一面上蝕刻出一個空腔。

US5915168描述了制造空橋(air?bridge)結構的覆蓋物的方法。但是，這種結構的形成方式不靈活。

使用蝕刻減小硅圓片厚度的一個顯著缺陷是所花的時間較長。舉例來說，在標準情況下，借助使用氫氧化鉀(KOH)水溶液的各向異性蝕刻除去200微米的硅，需要3-4小時。此外，該工藝依賴于諸如溫度之類的條件。

根據本發明的一個方面，提供一種制造位于空腔上的膜片的方法，該方法包括通過磨削減小圓片的厚度，并在膜片下形成一個空腔。

磨削的優點在于其純機械特性及時間效率。利用硅磨削除去200微米的硅一般需要5分鐘，并且和溫度無關，從而能夠以這種方式高精度快速制造柔性硅膜片。

通過磨削圓片一個表面，減小圓片的厚度，并在相反表面上形成空腔，可在該空腔上方制造膜片。

另一方面，可在另一個圓片中形成空腔，并在磨削一圓片之前，把所述另一個圓片粘合到所述一圓片上。

可在減小圓片厚度之前或之后，形成空腔。