AlN陶瓷微热板MEMS传感器阵列设计与工艺实现.pdf

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1、2015年第34卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)87DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)08--0087--04AIN陶瓷微热板MEMS传感器阵列设计与工艺实现赵文杰，杨守杰，于洋，王向鑫，施云波(哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室。黑龙江哈尔滨150080)摘要：针对陶瓷基微热板MEMS器件难以微加工，器件表面加热Pt膜使用普通正性光刻胶难以实现光刻剥离的工艺难点问题，提出了激光微加工和柔性机械剥离相结合的微加工方法。以A1N陶瓷为衬底基片，采用激光微加工

2、技术实现热隔离刻蚀体加工，刻蚀梁宽可达0．2mm。采用柔性机械剥离工艺制备方法解决普通正性光刻胶形成倒梯形凹槽Pt膜难实现图形化问题，可在复杂表面特性的陶瓷基衬底上实现Pt膜剥离线宽l0m。同时利用有限元法进行传感器阵列设计和热结构仿真，验证设计工艺的可行性。关键词：微机电系统；陶瓷微热板；传感器阵列；光刻剥离中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000--9787(2015)08-0087-04Desit~nandftabDricaatioOnOg“AlN．-basedceramilcCmicro．hotplateMEMSsensorarrayZHAOWen-jie，YA

3、NGShou-jie，YUYang，WANGXiang-xin，SHIYun-bofTheHigherEducationalKeyLaboratoryforMeasuring&ControlTechnologyandInstrumentationsofHeilongjiangProvince，SchoolofMeasurementControlTechnology&CommunicationsEngineering，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin150080，China)Abstract：Inordertosolvethep

4、roblemsofdifficultmachiningofceramic—basedmicro·hotplateMEMSdevicesandfailurelithographystrippingofPtfilmusingconventionalpositivephotoresist，A1Nceramicisasasubstrateforthemicro—hotplatesensorarrayandthelasermicromachiningtechnologyisemployedtorealizethethermalisolationetching．theetchedbeamwidt

5、hinthethermalisolationstructureiSabout0．2mm．Inaddition．aflexiblemechanicallift—ofmethodisalsoproposedtosolvethedifficultlithographystrippingofPtfilmwithaninverse-echelonindentationusingconventionalpositivephotoresist．Thismethodcanrealizea10bmlinewidthoflithographystrippingofPtfilmonceramic—base

6、dsubstrate．Moreover，ANSYSsoftwareisexploredtodesignthesenorarayandsimulateitsthermalstructure．Keywords：MEMS；ceramicsmicro-hotplate；sensorarays；photolithographylift—of0引言得了一定进展。目前，MEMS传感器与阵列技术工艺研究主要集中在陶瓷微热板传感器阵列是将多个传感器单元集成在同硅基工艺上J，传统的硅微热板结构存在工艺的复杂性一衬底上，传感器单元处于加热工作状态时，由于单元之间和多种成膜工艺的兼容问题，特别是在较高加热工

7、作条件热传导难免产生较大热干扰，使工作温度偏离或温度分布下，存在温度漂移和热膨胀系数不匹配及膜基结合特性差改变。针对陶瓷抗腐蚀性和难加工特点，传统硅工艺湿法等因素带来的可靠性下降，响应热稳定性差等失稳问题，制刻蚀不再适用，采用激光微加工刻蚀方法可有效解决陶瓷约了MEMS半导体气体传感器的应用。虽然陶瓷MEMS衬底难刻蚀热隔离结构问题。在陶瓷微热板传感器中Pt气体传感器研究和发展较晚，但随着陶瓷材料机械性能改膜是加热器电极、温度传感器及信号电极最理想的材料，