[發明專利]一種柔性溫度傳感器的制作方法

有效

• 申請號: 200710042881.3
• 申請日: 2007-06-27
• 公開（公告）號: CN101082523A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 車錄鋒;肖素艷;李昕欣;王躍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種柔性MEMS溫度傳感器的制作方法，屬于制造微機電系統(MEMS)領域。

背景技術

隨著微加工技術的不斷發展，傳統硅基MEMS傳感器由于襯底比較硬，已不足以滿足諸如可佩戴電子器件、可折疊電子器件、機器人傳感系統和智能皮膚等要求柔性結構器件的日益增長的應用需求，因此在柔性襯底上制作MEMS器件的技術越來越引起學者們的關注。由于聚酰亞胺(PI)具有獨特而優異的綜合性能而被選為理想的柔性襯底材料。其電熱隔離性能好，機械強度高、抗化學腐蝕性能強，高溫穩定性良好。近來關于在PI襯底上制作溫度、流體、位置、壓力等柔性MEMS傳感器報道不斷增多，已經研制的大部分MEMS傳感器的性能與其相對應的硅基MEMS傳感器的器件的基本性能相當。其中在PI襯底上制作的以金屬薄膜為溫敏電阻的柔性溫度傳感器及其陣列與硅基溫度傳感器相比優點更為突出，而且其應用非常廣泛，如由于PI本身具有良好的熱隔離性能，所以不需要制作熱隔離腔體，使得器件的結構輕薄，制作工藝簡單，成本降低，成品率升高，有望實現批量生產。而且器件的機械強度高，可撓性好，可貼附在任意形狀的物體表面實現溫度的即時探測。

采用PI為柔性襯底制作溫度傳感器的方法主要有兩種。第一種方法是采用已成型的固態PI膜片為襯底，用粘結劑將其暫時貼附在載體硅片上，然后在PI襯底上沉積金屬薄膜制作溫敏電阻及其電連接，最后將制作好的柔性器件從載體上剝離下來。J.S.Han等人已經制作出用于指紋識別的柔性溫度傳感器陣列(J.S.Han，Z.Y.Tan，K.Sato?and?M.Shikida.Thermalcharacterization?of?microheater?arrays?on?a?polyimide?film?substrate?for?fingerprint?sensing?applications.J.Micromech.Microeng.15(2005)282～289)。第二種方法則是利用液態PI預聚體重疊涂覆形成一定厚度的PI柔性襯底。這種方法首先在加工載體硅片上沉積一層犧牲層(如PSG或Al)，接著在其上面重疊涂覆液態PI預聚體并完全固化形成PI柔性襯底，然后在PI柔性襯底上面沉積金屬薄膜并圖形化形成金屬溫敏電阻及其電連接，最后將去除犧牲層將柔性器件從載體硅片上釋放下來。GB.Lee等人也采用Al做犧牲層在PI襯底上制作出40×1的柔性溫度傳感器陣列。(G.B.Lee，F.C.Huang，C.Y.Lee.J.M.A?new?fabrication?process?for?a?flexible?skin?with?temperature?sensorarray?and?its?applications.Acta.Mechanica?Sinica.20(2)(2004)：140～145)，我們之前也采用PSG做犧牲層成功制作出8×8制作柔性溫度傳感器。(Suyan?Xiao，Lufeng?Che，Xinxin?Li，Yuelin?Wang.A?cost-effective?flexible?MEMS?techniquefor?temperature?sensing.Microelectronics?Joumal，accepted)。上述這兩種制作方法中，第一種制作方法相對較簡單，可以采用硅基MEMS的加工儀器設備完成器件的制作。但是采用貼附PI膜法不可避免存在如下問題：首先貼附的PI與載體硅片之間難免不存在氣泡，其次在熱循環過程中，在熱應力的作用下，PI易發生塑性變形，所以在后續工藝所必需的高溫條件下，被貼附在載體硅片上的PI薄膜易發生移位，這給對準光刻帶來很大的困難，從而降低了器件成品率。第二種方法在很大程度上避免了第一種方法所存在的問題，涂覆PI襯底明顯減小了熱循環的影響，在加工過程中涂覆的PI柔性襯底能保持平整而且不會發生位移。液態PI預聚體涂覆層充分固化后與已經成型的固態PI薄膜具有基本相似的性能，因此液態PI預聚體是一種非常理想的柔性材料，然而第二種制作方法中的將PI柔性器件從加工載體硅片上的釋放下來仍然是一個很大的挑戰。將載體硅片與PI柔性襯底之間的大面積犧牲層完全釋放不僅費時，而且長時間將器件浸泡在釋放液中將不同程度地影響柔性器件性能及其結構的完整性。綜上所述，盡管從目前來看，液態PI預聚體是一種理想的柔性襯底材料，但是如何輕易將柔性溫度傳感器陣列從加工載體硅片上分離下來而且還能保證器件的完整性，這是必須要考慮的問題。這也是本發明主要的目的所在。實際上，這也是其它以液態PI預聚體為柔性襯底的MEMS器件從加工載體上分離所遇到的困難，比如AliYildiz在制作用于紅外探測的柔性微測輻射熱儀時也提出了類似的問題(AliYildiz，Zeynep?Celik-Butler，Donald?P.Butler.Microbolometers?on?aFlexible?Substrate?for?Infrared?Detection.IEEE?Sensors?Journal.4(1)2004∶112～117)。很明顯以液態PI預聚體為柔性襯底的器件的分離方法還需要根據柔性器件的結構特征及其制作工藝來優化其分離技術。