[發明專利]一種微熱盤及其制作方法

有效

• 申請號: 201711448921.4
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108271282B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 雷鳴;饒吉磊;賀方杰
• 申請（專利權）人: 武漢微納傳感技術有限公司
• 主分類號: H05B3/26
• 分類號: H05B3/26;H05B3/02;H05B3/10;B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立;陳振玉

本發明涉及一種微熱盤及其制作方法，包括由下往上依次層疊的襯底、絕緣支撐層和電阻加熱層，襯底的中部設置有溫度隔離腔體，溫度隔離腔體上部的絕緣支撐層為溫度隔離懸膜，溫度隔離腔體的邊緣處的襯底上設置有與溫度隔離腔體貫通為一體的形變隔離腔體，形變隔離腔體上部的懸膜為形變隔離懸膜，形變隔離懸膜上設有使得微熱盤溫度隔離腔體與外部環境之間氣壓平衡的通孔。本發明通過采用具有形變隔離腔體的結構，在形變隔離懸膜上開設通孔來實現懸膜兩面壓力平衡，消除了通孔處溫度梯度造成的應力，同時抑制了溫度隔離懸膜的形變向形變隔離懸膜上傳導，其可以承受較高的工作溫度，封裝工藝簡單，可進行單芯片系統集成，適用于產品進一步微型化。

技術領域

本發明涉及微電子系統技術領域，具體涉及一種微熱盤及其制作方法。

背景技術

微熱盤裝置廣泛應用于需要局部高溫的產品中，包括高溫化學傳感器、微型化學反應器、紅外光源、流量傳感器等。

微熱盤通過溫度隔離技術，實現小尺寸和低功耗。微熱盤的溫度隔離結構可以是MEMS(微電子系統)工藝懸膜或懸梁，也可以是具有低熱導率的高孔隙率材料、低熱導系數的體材料。當微熱盤工作在高溫下時，考慮到熱應力造成的結構形變影響，多采用密閉懸膜結構。為得到密閉懸膜結構，微熱盤的溫度隔離腔體采用襯底背部蝕刻工藝形成。微熱盤(也即微熱盤芯片)在封裝和工作時，因為氣體熱脹冷縮效應、大氣壓力波動因素，溫度隔離腔體需要跟環境空氣導通以實現薄膜兩邊壓力平衡，而隨著產品尺寸持續縮小，溫度隔離腔體越來越小，這造成了芯片粘結難度的提高，難以在普通封裝基底上形成氣體導通通道。傳統的解決辦法是：微型芯片需要采用特殊的封裝結構，增加了封裝的復雜性，而且，密閉懸膜結構只能采用背面蝕刻工藝，限制了產品的進一步小型化，限制了單芯片系統集成性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種微熱盤及其制作方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種微熱盤，包括由下往上依次層疊的襯底、絕緣支撐層和電阻加熱層，所述襯底的中部設置有溫度隔離腔體，所述溫度隔離腔體上部的絕緣支撐層為溫度隔離懸膜，所述電阻加熱層位于所述絕緣支撐層上，所述電阻加熱層的加熱區域位于所述溫度隔離懸膜的中部，其特征在于，所述溫度隔離腔體的邊緣處的襯底上設置有與所述溫度隔離腔體貫通為一體的形變隔離腔體，所述形變隔離腔體上部的懸膜為形變隔離懸膜，所述形變隔離懸膜上設有使得微熱盤溫度隔離腔體與外部環境之間氣壓平衡的通孔。

如圖1和圖2所示，現有技術方案制造的一種常見微熱盤結構示意圖，大虛線框中的部分的絕緣支撐層2對應的襯底1被蝕刻掉而懸空，稱為溫度隔離懸膜21，襯底1被蝕刻掉的部分形成腔體，稱為溫度隔離腔體11，溫度隔離腔體11和溫度隔離懸膜21構成溫度隔離腔體結構。由圖中可看出，陰影部分電阻加熱層3，其在絕緣支撐層的中間區域的導電軌跡寬度比在絕緣支撐層的邊緣處的細，因此中間區域為發熱區，圖中小虛線框31為加熱區域。

當微熱盤尺寸持續縮小時，進行封裝時，襯底上的粘結區域越來越小，當芯片(即為微熱盤)尺寸為0.8mm×0.8mm(如圖中襯底1的四邊形邊長)時，芯片的粘結區域處W尺寸(如圖1中豎直方向的雙向箭頭的高度)約為0.16mm，L尺寸(如圖1中水平方向的雙向箭頭的長度)為0.8mm。為保證芯片的粘結牢固度、平整度，滿足芯片鍵合工藝要求，粘結膠水需要具有適當的擴散性，需要采用多個隔離的小膠點進行芯片粘結，而由于膠水的擴散性，膠水容易造成氣體導通通道(即溫度隔離腔體與外部環境之間的通道)的密閉。這時需要設計特殊的封裝結構，而特殊的封裝結構又會增加封裝的復雜性。

為克服現有技術方案的不足，本發明通過采用具有形變隔離腔體的結構，在形變隔離腔體上的懸膜上開設通孔來實現懸膜兩面壓力平衡，開孔的位置選擇在形變隔離懸膜上，該處的溫度梯度較小甚至無溫度梯度，在微熱盤工作時，發熱區域的高溫在溫度隔離懸膜上形成溫度梯度以實現溫度隔離，其熱傳導通過形變隔離懸膜時，該區域的溫度梯度很小或溫度等同，消除了溫度梯度造成的應力；同時，形變隔離腔體的結構抑制了溫度隔離懸膜的形變向形變隔離懸膜上傳導。