MEMS微推进器阵列芯片用寻址点火电路及制备方法与流程

本发明涉及mems微推力器阵列芯片技术，具体涉及一种mems微推进器阵列芯片用寻址点火电路及制备方法。

背景技术：

随着mems技术和ic技术的发展，微小卫星和微小卫星星座成为国内外研究的热点领域之一，各个航天大国均开展了相关研究。由于受到体积和载荷能力的限制，目前发射的微小卫星均未配备完整的微推进系统，仅具有极为有限的姿态控制能力。由于具有结构简单、体积小、重量轻、便于集成、比冲高和微推力可调等优点，mems微推力器阵列芯片技术在微小卫星和微小卫星星座姿轨控技术领域逐渐受到关注。

mems微推力器阵列芯片中微推力器单元的寻址点火控制依靠点火层寻址点火电路完成。目前，mems微推进器阵列芯片点火控制电路采用平面布线设计方法，它具有工艺简单可靠性高等优点，缺点是可扩展性不强，随着mems微推力器集成数量的增加布线数量和难度增加迅速，如图1所示，左边是3×3阵列，中间是6×6阵列，右边是8×8阵列，当集成度超过10×10时布线难度变得非常高，引线数量的激增导致引线宽度迅速下降且布线难度呈几何级数上升，严重限制了引线能够承受的最大电流，成为制约mems微推力器阵列芯片集成度提高的关键技术瓶颈之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种mems微推进器阵列芯片用寻址点火电路及制备方法，解决高集成度mems微推力器阵列芯片的寻址点火电路布线问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种mems微推进器阵列芯片用寻址点火电路，包括衬底、金属引线和绝缘介质层；

所述金属引线和绝缘介质层均为多层布置，第一层金属引线设置在衬底上，第一层绝缘介质层沉积在第一层金属引线上方，第二层金属引线设置在第一层绝缘介质层上，第二层绝缘介质层沉积在第二层金属引线上方，重复上述布置方式，得到多层金属引线立体化布置的寻址点火电路。

一种mems微推进器阵列芯片用寻址点火电路的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在衬底上布置换能元阵列和寻址电路母线；

步骤2，在衬底表面制作第一层图形化的金属引线层；

步骤3，在第一层金属引线表面沉积/涂覆绝缘介质层；

步骤4，在绝缘介质层表面制作图形化的金属引线层；

步骤5，在金属引线表面沉积/涂覆绝缘介质层；

步骤6，重复步骤4和步骤5，完成多层金属引线的立体化布置。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明在垂直于衬底表面的方向上实现多层金属引线的立体布置，将目前基于二维平面的集成度升级成基于三维立体的体集成度，充分利用衬底面积；

(2)本发明在不增加芯片面积和工艺难度的基础上，增加金属引线的线宽以提高其大电流承受能力。

附图说明

图1为传统的平面引线设计方案示意图。

图2为本发明mems微推进器阵列芯片用寻址点火电路的立体引线布置结构示意图。

图3(a)～图3(d)为本发明的立体布线工艺流程示意图，其中图3(a)为衬底上的换能元阵列和寻址点火电路母线示意图，图3(b)为衬底上制备第一层图形化的金属引线示意图，图3(c)为第一层金属引线上沉积/涂覆绝缘介质层的示意图，图3(d)为制备好的多层金属引线寻址点火电路示意图。

具体实施方式

结合图2，本发明的一种mems微推进器阵列芯片用寻址点火电路，包括衬底、绝缘介质层和金属引线；

所述金属引线和绝缘介质层均为多层布置，第一层金属引线设置在衬底上，第一层绝缘介质层沉积在第一层金属引线上方，第二层金属引线设置在第一层绝缘介质层上，第二层绝缘介质层沉积在第二层金属引线上方，重复上述布置方式，得到多层金属引线立体化布置的寻址点火电路。

进一步的，对每一层绝缘介质层的表面进行平坦化；每一层绝缘介质层的厚度大于该绝缘介质层所覆盖的金属引线厚度。

绝缘介质层的材料为氮化硅、二氧化硅或者聚酰亚胺。

本发明还提供一种mems微推进器阵列芯片用寻址点火电路的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在衬底上布置换能元阵列和寻址电路母线；

步骤2，在衬底表面制作第一层图形化的金属引线层；

步骤3，在第一层金属引线表面沉积/涂覆绝缘介质层，并且进行平坦化；

步骤4，在绝缘介质层表面制作图形化的金属引线层；

步骤5，在金属引线表面沉积/涂覆绝缘介质层，并且进行平坦化；

步骤6，根据需要多次重复步骤4和步骤5，完成多层金属引线的立体化布置。

本发明基于衬底的面积复用理念，能够在不增加工艺难度和芯片面积的情况下，大幅提高高集成度mems微推力器阵列芯片的寻址电路金属引线宽度和电流承受能力，有利于提高mems微推力器的集成度和点火可靠性。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例

在已经制备好换能元阵列的衬底1上，首先利用图形化工艺在衬底表面布置第一层金属引线2，然后沉积/涂覆绝缘膜作为介质层3，材料为氮化硅、二氧化硅或者聚酰亚胺。最后，在衬底和介质层的上表面以图形化工艺完成第二层金属引线的布置。按照需要多次重复以上步骤，最终实现多层金属引线的立体化布置。

如图2所示，本发明是在目前常用的平面引线设计方法的基础上所设计出的一种具备工艺难度较低、引线尺寸较大并且具有较大电流承受能力的新型立体布线方法。该方法可以在不增加芯片面积的基础上实现较大宽度金属引线的布置，具有更强的电流和电功率承受能力，有利于提高mems微推力器阵列芯片的集成度和寻址点火的可靠性。图3(a)为衬底上的换能元阵列4和寻址点火电路母线5，图3(b)为衬底上制备第一层图形化的金属引线，图3(c)为第一层金属引线上沉积/涂覆绝缘介质层，图3(d)为制备好的多层金属引线寻址点火电路。

通过在衬底表面的垂直方向上设计立体布线方案，充分利用衬底空间，为引线布置增加可用的面积，以增加金属引线的宽度，将原本依赖于衬底表面积的金属引线面集成度优化为体集成度，在不增加芯片总面积和不减少金属引线布置数量的基础上优化金属引线宽度，增加金属引线能够承受的电功率，有利于提高mems微推力器阵列芯片的集成度、寻址点火控制和点火成功率。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种MEMS微推进器阵列芯片用寻址点火电路及制备方法，寻址点火电路包括衬底、绝缘介质层和金属引线；衬底上设置第一层金属引线，然后沉积第一层绝缘介质层作为与第二层金属引线的绝缘层，在第一层绝缘介质层上布置第二层金属引线，然后沉积第二层绝缘介质层作为与第三层金属引线的绝缘层，重复上述工艺，实现多层金属引线的立体化布置。本发明在垂直于衬底表面的方向上实现多层金属引线的立体布置，将目前基于二维平面的集成度升级成基于三维立体的体集成度，充分利用衬底面积，在不增加芯片面积和工艺难度的基础上，增加金属引线的线宽以提高大电流承受能力。

技术研发人员：朱健;王守旭;贾世星;杜国平;王冬蕊
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十五研究所
技术研发日：2017.10.31
技术公布日：2018.04.20