專利名稱：一種以聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微機電系統(tǒng)技術領域，具體涉及一種以聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構，特別是用于測輻射熱計陣列單元的、以聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構。
背景技術：
根據(jù)探測原理不同，紅外探測器可分為光子探測器和熱探測器兩類。光子探測器探測靈敏度高、響應速度快，但它優(yōu)良的探測性能是以復雜的制冷設備做保障的，使其在低功耗、低重量等要求的應用中受到限制。相對于光子探測器而言，紅外熱探測器具有響應波段寬，無需制冷，可在常溫下工作的優(yōu)點。
特別是上世紀90年代以來，兼具紅外輻射敏感和信號處理功能的非致冷紅外焦
平面的出現(xiàn)，大大提高了紅外熱探測器的水平首先，它以大的焦平面陣列來彌補熱探測器靈敏度較低的缺陷，能夠滿足凝視成像的要求，對監(jiān)視與夜視而言已經(jīng)足夠；其次，它省去了光子探測器昂貴的低溫制冷系統(tǒng)，突破了歷來熱像儀成本高昂的障礙，使器件可靠性提高、維護簡單、工作壽命延長。1995年Honeywell公司研制的具有微橋絕熱結構的測輻射熱計陣列(專利號EP0645054)取得巨大成功，引起了研究者的極大關注。直至今日，以硅為基板、以氮化硅為熱敏薄膜機械載體、采用硅微機械加工工藝制作熱敏薄膜懸空微橋結構，用以降低器件熱導、提高其熱絕緣性能，仍是微測輻射熱計主流的研究方向。
但是這種基于硅表面微機械加工技術的微橋結構也有其不可避免的缺陷
一方面，傳統(tǒng)的硅基器件由于比較硬的硅襯底限制了它在高曲率非平面物體表
面的應用；另一方面，為了提高器件的熱響應速度，要求器件每個單元具有較小的熱容和較小的熱導損耗，而專利EP0645054中的微橋結構采用氮化硅為熱敏薄膜的機械載體，使微橋熱導率較高，不利于進一步提高器件性能。
本發(fā)明采用高機械強度、低應力、低熱導率的聚酰亞胺材料作為熱敏薄膜的機械載體，有助于進一步提高微測輻射熱計陣列單元的性能；同時，本發(fā)明可應用于高曲率非平面物體表面。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述以硅為基板、以氮化硅為熱敏薄膜機械載體的微橋結構的不足之處，它解決了 (1)以硅為基板的微橋不能彎曲、難以應用于高曲率非平面物體表面的問題；(2)由于氮化硅熱導率較高，導致微橋機械
載體熱傳導損失較多的問題。
本發(fā)明提供了一種以聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構，以聚酰亞胺樹脂固化膜作為熱敏薄膜的支撐材料，以打過孔的成品聚酰亞胺膜作為微橋的基板，形成懸空的微橋結構。橋墩由成品聚酰亞胺膜制成，橋面是由聚酰亞胺樹脂固化膜支撐的熱敏薄膜。
上述薄膜微橋結構的制作方法，其步驟包括
(1) 以成品聚酰亞胺膜為基板，在其上打孔；
(2) 在潔凈的硅片表面旋涂聚酰亞胺樹脂，并加熱，使之固化；
(3) 以聚酰亞胺樹脂作為粘貼劑，將固化后的聚酰亞胺樹脂膜平整地粘貼在聚酰亞胺基板上，將粘貼后的結構再次加熱固化；
(4) 用去離子水分離硅片和聚酰亞胺樹脂固化膜，得到聚酰亞胺橋式結構；
(5) 在聚酰亞胺樹脂固化膜上沉積熱敏薄膜，并刻蝕微橋圖形，得到以聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構。
有益效果
(1) 本發(fā)明可用于制作微測輻射熱計陣列單元的微橋。與硅基微測輻射熱計相比，本發(fā)明采用高機械強度、低應力、低熱導率的聚酰亞胺材料作為熱敏薄膜的機械載體，有助于進一步提高微測輻射熱計陣列單元的性能；同時，本發(fā)明可應用于高曲率非平面物體表面。
(2) 用微量熱計法測量薄膜的比熱容時，與使用機械載體為氮化硅的微橋相比，使用本發(fā)明可提高測量的精度。
(3) 本發(fā)明的加工工藝與硅微機械加工工藝相比，具有工藝簡單、成本低的特點。


圖l是微橋截面示意圖2是微橋背面俯視圖；圖3是不同形狀微橋的掩模板；
圖中，l一為熱敏薄膜；2—為聚酰亞胺樹脂固化膜；3—為成品聚酰亞胺膜，(1)為S型，(2)為I型。
具體實施例方式
以成品聚酰亞胺膜為基板，在基板上打？L，在已經(jīng)打過孔的聚酰亞胺基板
上粘貼聚酰亞胺樹脂固化膜，并在聚酰亞胺樹脂固化膜上制備熱敏薄膜，得到
的懸空微橋結構為橋墩由成品聚酰亞胺膜制成，橋面是由聚酰亞胺樹脂固化
膜支撐的熱敏薄膜。實施例1
1. 在25ym厚的成品聚酰亞胺膜上，采用波長為248nm的KrF準分子激光微加工系統(tǒng)打出200 P mX 200 P m的方孔。
2. 使用勻膠機在潔凈的硅片表面旋涂聚酰亞胺樹脂，并加熱至該聚酰亞胺樹脂的固化溫度，使之固化。改變聚酰亞胺樹脂的用量和調節(jié)勻膠機轉速，使聚酰亞胺樹脂固化薄膜的厚度為lum。
3. 以同種聚酰亞胺樹脂作為粘貼劑，將固化后的聚酰亞胺樹脂膜平整地粘貼在打過孔的聚酰亞胺基板上，并將粘貼后的結構再次加熱至該聚酰亞胺樹脂的固化溫度，加以固化。
4. 用去離子水浸泡固化后的結構，使硅片和聚酰亞胺樹脂固化膜分離，從而得到懸空的聚酰亞胺微橋結構，橋面為lym厚的聚酰亞胺樹脂固化膜，橋墩為25 u m厚的成品聚酰亞胺膜。
5. 使用脈沖激光沉積設備，設定沉積溫度為250°C，在聚酰亞胺懸空微橋的橋面(即上述聚酰亞胺樹脂固化膜)上沉積O. lum厚的鉑熱敏薄膜，得到以聚酰亞胺為機械載體的鉑熱敏薄膜懸空微橋結構。
6. 將上述鉑熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋固定在潔凈的硅片上，橋面緊貼硅片表面。使用波長為248nm的KrF準分子激光微加工系統(tǒng)，采用S型掩模板，調整掩模板與透鏡的距離，使刻蝕圖形的尺寸為100umX100um，刻蝕出微橋圖形。將鉑熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋從硅片上取下，即可得到像元尺寸為
100 u mX 100 ii m的鉑熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋。實施例2
1. 在25um厚的成品聚酰亞胺膜上，采用波長為248nm的KrF準分子激光微加工系統(tǒng)打出200iimX200y m，行列間距均為600 ix m的方孔，形成8X8的
方孔陣列。
步驟2 4同實例1。
2. 使用脈沖激光沉積設備，設定沉積溫度為25(TC，在聚酰亞胺懸空微橋的橋面(即上述聚酰亞胺樹脂固化膜)上沉積約O. lum厚的非晶硅熱敏薄膜，得到以聚酰亞胺為機械載體的非晶硅熱敏薄膜懸空微橋結構。
3. 將上述非晶硅熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋固定在潔凈的硅片上，橋面緊貼硅片表面。使用波長為248nm的KrF準分子激光微加工系統(tǒng)，采用I型掩模板，調整掩模板與透鏡的距離，使刻蝕圖形的尺寸為100umX100um，刻蝕出微橋圖形。將非晶硅熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋從硅片上取下，即可得到像元尺寸為100umX100um的8X8陣列非晶硅熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋陣列。
實施例3
1.在25ym厚的成品聚酰亞胺膜上，采用波長為248nm的KrF準分子激光微加工系統(tǒng)打出200umX200um，行列間距均為600 u m的方孔，形成8X8的方孔陣列。
步驟2 4同實例1。
5. 使用脈沖激光沉積設備，設定沉積溫度為250°C，在聚酰亞胺懸空微橋的橋面(即上述聚酰亞胺樹脂固化膜)上沉積約O. lym厚的非晶硅熱敏薄膜。隨后利用脈沖激光沉積設備沉積室的轉耙裝置改變耙材為Au耙，原位沉積約5nm厚的Au膜，薄膜沉積結束后保持襯底的溫度為250°C，原位退火兩小時，以獲得多晶硅薄膜。由此得到以聚酰亞胺為機械載體的多晶硅熱敏薄膜懸空微橋結構。
6. 將上述多晶硅熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋固定在潔凈的硅片上，橋緊貼硅片表面。使用波長為248nm的KrF準分子激光微加工系統(tǒng)，采用I型掩模板，調整掩模板與透鏡的距離，使刻蝕圖形的尺寸為100umX100um，刻蝕出微橋圖形。將多晶硅熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋從硅片上取下，即可得到像元尺寸為100umX100um的8X8陣列多晶硅熱敏薄膜/聚酰亞胺懸空微橋陣列。
權利要求
1、一種以聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構，其特征在于以聚酰亞胺樹脂固化膜作為熱敏薄膜的支撐材料，以打過孔的成品聚酰亞胺膜作為微橋的基板，形成懸空的微橋結構，橋墩由成品聚酰亞胺膜制成，橋面是由聚酰亞胺樹脂固化膜支撐的熱敏薄膜。
2、 一種權利要求1所述薄膜微橋結構的制作方法，其特征在于步驟包括(1) 以成品聚酰亞胺膜為基板，在其上打孔；(2) 在潔凈的硅片表面旋涂聚酰亞胺樹脂，并加熱，使之固化；(3) 以聚酰亞胺樹脂作為粘貼劑，將固化后的聚酰亞胺樹脂膜平整地粘 貼在聚酰亞胺基板上，將粘貼后的結構再次加熱固化；(4) 用去離子水分離硅片和聚酰亞胺樹脂固化膜，得到聚酰亞胺橋式結構；(5) 在聚酰亞胺樹脂固化膜上沉積熱敏薄膜，并刻蝕微橋圖形，得到以 聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以聚酰亞胺為機械載體的薄膜微橋結構及制備方法，屬于微機電技術領域。本發(fā)明以聚酰亞胺樹脂固化膜作為熱敏薄膜的支撐材料，以打過孔的成品聚酰亞胺膜作為微橋的基板，形成懸空的微橋結構，在已經(jīng)打過孔的聚酰亞胺基板上粘貼聚酰亞胺樹脂固化膜，隨后在聚酰亞胺樹脂固化膜上制備熱敏薄膜，并刻蝕微橋圖形，得到懸空的微橋結構橋墩由成品聚酰亞胺膜制成，橋面是由聚酰亞胺樹脂固化膜支撐的熱敏薄膜。本發(fā)明解決了薄膜微橋的機械載體熱導率較高的問題。
文檔編號B81C1/00GK101597019SQ20081011053
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權日2008年6月2日
發(fā)明者榮 余, 敢 吳, 曹生珠, 楊建平, 瑞 王, 陳學康 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所