[發(fā)明專利]一種基于MEMS的金屬薄膜應(yīng)變計(jì)加工方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210239597.6
• 申請(qǐng)日: 2012-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102730632A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝建兵;周平偉;楊勇;郭勇君;洪水金;袁廣民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;G01B7/16
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體涉及一種金屬薄膜應(yīng)變計(jì)的MEMS加工方法。

背景技術(shù)

應(yīng)變是機(jī)械零件和構(gòu)件等物體內(nèi)任一點(diǎn)或單元體因外力作用引起的形狀和尺寸的相對(duì)改變。電阻應(yīng)變計(jì)是將被測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件，是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變和進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)的關(guān)鍵元件，也是用來(lái)制造能測(cè)量多種物理量的傳感器的敏感元件，得到廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)應(yīng)變計(jì)由于較低的靈敏度和高功耗，難以滿足微小應(yīng)變測(cè)量和低功耗測(cè)量的要求。MEMS加工方法擴(kuò)展了應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變計(jì)的小型化，使得MEMS應(yīng)變計(jì)尺寸與實(shí)現(xiàn)相同測(cè)量的傳統(tǒng)應(yīng)變計(jì)相比至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)。磁控濺射工藝將應(yīng)變計(jì)敏感柵層材料直接濺射到應(yīng)變計(jì)基底上，不需要粘接劑，提高了應(yīng)變計(jì)的性能。相比傳統(tǒng)應(yīng)變計(jì)，MEMS應(yīng)變計(jì)具有靈敏度高、分辨率高、功耗低與測(cè)量范圍大的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)應(yīng)力和扭矩的測(cè)量，測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)試件影響小，進(jìn)而提高了測(cè)量精度。MEMS加工方法易于實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)的批量化生產(chǎn)，降低了單個(gè)器件的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用MEMS加工工藝，提供一種金屬薄膜應(yīng)變計(jì)MEMS加工方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，分別對(duì)應(yīng)圖1(a)-(k)，一種基于MEMS的金屬薄膜應(yīng)變計(jì)加工方法，包括以下步驟：

步驟1：清洗硅片1；

步驟2：旋涂PDMS，固化，作為粘接層2；

步驟3：在粘接層2上粘貼一層聚酰亞胺薄膜；

步驟4：在步驟3粘貼的聚酰亞胺薄膜上旋涂聚酰亞胺預(yù)聚體，采用階梯升溫法熱固化，將步驟3粘貼的聚酰亞胺薄膜和本步驟旋涂的聚酰亞胺預(yù)聚體一起作為應(yīng)變計(jì)的基底3；

步驟5：在步驟4形成的基底3上旋涂光刻膠，圖形化應(yīng)變計(jì)敏感柵后，磁控濺射形成敏感柵層薄膜，金屬剝離，得到應(yīng)變計(jì)敏感柵4；

步驟6：在步驟5的基礎(chǔ)上旋涂聚酰亞胺預(yù)聚體，采用階梯升溫法熱固化形成聚酰亞胺薄膜，作為的覆蓋層5。

步驟7：在步驟6形成的覆蓋層5上旋涂光刻膠，圖形化電連接窗口后，通過(guò)RIE刻蝕覆蓋層5，得到作為下一步電連接層與敏感柵4之間的電連接窗口；去除光刻膠；

步驟8：磁控濺射一層金屬膜，作為電連接層6；

步驟9：在電連接層6上旋涂光刻膠，圖形化應(yīng)變計(jì)錨點(diǎn)后，濕法腐蝕電連接層6的金屬膜，形成應(yīng)變計(jì)錨點(diǎn)；去除光刻膠；熱處理；

步驟10：在步驟9基礎(chǔ)上旋涂光刻膠，圖形化應(yīng)變計(jì)基底，RIE刻蝕步驟3、步驟4和步驟5中形成的聚酰亞胺薄膜，去除光刻膠；

步驟11：將步驟10后的硅片浸泡在酒精溶液中，使得PDMS失去黏性，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)的自釋放，完成基于MEMS的金屬薄膜應(yīng)變計(jì)的加工。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)為：

1.采用磁控濺射工藝將應(yīng)變計(jì)敏感柵層材料直接濺射到應(yīng)變計(jì)基底上，不需要粘接劑，提高了應(yīng)變計(jì)的性能。2.采用新工藝解決了手工粘貼聚酰亞胺薄膜產(chǎn)生氣泡引起的平整度較低的問(wèn)題，相比通過(guò)連續(xù)反復(fù)多次涂覆聚酰亞胺預(yù)聚體并固化的工藝省時(shí)省力。3.采用MEMS加工工藝，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變計(jì)的小型化，提高了應(yīng)變計(jì)的靈敏度、分辨率和測(cè)量范圍，降低應(yīng)變計(jì)的功耗。3.實(shí)現(xiàn)微小應(yīng)變的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)應(yīng)力和扭矩的測(cè)量，減少測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)試件影響，提高測(cè)量精度。4.易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，降低單個(gè)器件的成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明金屬薄膜應(yīng)變計(jì)流程示意圖

圖2為實(shí)施例中敏感柵4光刻掩膜版圖形示意圖

圖3為實(shí)施例中覆蓋層5光刻掩膜版圖形示意圖

圖4為實(shí)施例中AL膜6光刻掩膜版圖形示意圖

圖5為實(shí)施例中基底3光刻掩膜版圖形示意圖

圖6為實(shí)施例中應(yīng)變計(jì)器件圖

圖中，1-硅，2-PDMS，3-基底，4-敏感柵，5-覆蓋層，6-AL膜

具體實(shí)施實(shí)例

本實(shí)施例中要制備的基于MEMS的金屬薄膜應(yīng)變計(jì)如圖6所示，包括一段弓形的應(yīng)變計(jì)敏感柵和敏感柵兩端的錨點(diǎn)；應(yīng)變計(jì)敏感柵的材料為Ni–Cr合金，應(yīng)變計(jì)錨點(diǎn)材料為AL。

分別對(duì)應(yīng)圖1(a)-(k)，本實(shí)施例中基于MEMS的金屬薄膜應(yīng)變計(jì)的加工方法，包括如下步驟：

步驟1，清洗硅片1，去除表面原生氧化層、有機(jī)物污染，然后干燥。普通硅片厚度為200μm，如圖1(a)；

步驟2，以硅片1作為基片旋涂PDMS，固化65℃，1小時(shí)，作為粘接層2，如圖1(b)；