专利名称：一种以聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构及制备方法
技术领域：
本发明属于微机电系统技术领域，具体涉及一种以聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构，特别是用于测辐射热计阵列单元的、以聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构。
背景技术：
根据探测原理不同，红外探测器可分为光子探测器和热探测器两类。光子探测器探测灵敏度高、响应速度快，但它优良的探测性能是以复杂的制冷设备做保障的，使其在低功耗、低重量等要求的应用中受到限制。相对于光子探测器而言，红外热探测器具有响应波段宽，无需制冷，可在常温下工作的优点。
特别是上世纪90年代以来，兼具红外辐射敏感和信号处理功能的非致冷红外焦
平面的出现，大大提高了红外热探测器的水平首先，它以大的焦平面阵列来弥补热探测器灵敏度较低的缺陷，能够满足凝视成像的要求，对监视与夜视而言已经足够；其次，它省去了光子探测器昂贵的低温制冷系统，突破了历来热像仪成本高昂的障碍，使器件可靠性提高、维护简单、工作寿命延长。1995年Honeywell公司研制的具有微桥绝热结构的测辐射热计阵列(专利号EP0645054)取得巨大成功，引起了研究者的极大关注。直至今日，以硅为基板、以氮化硅为热敏薄膜机械载体、采用硅微机械加工工艺制作热敏薄膜悬空微桥结构，用以降低器件热导、提高其热绝缘性能，仍是微测辐射热计主流的研究方向。
但是这种基于硅表面微机械加工技术的微桥结构也有其不可避免的缺陷
一方面，传统的硅基器件由于比较硬的硅衬底限制了它在高曲率非平面物体表
面的应用；另一方面，为了提高器件的热响应速度，要求器件每个单元具有较小的热容和较小的热导损耗，而专利EP0645054中的微桥结构采用氮化硅为热敏薄膜的机械载体，使微桥热导率较高，不利于进一步提高器件性能。
本发明采用高机械强度、低应力、低热导率的聚酰亚胺材料作为热敏薄膜的机械载体，有助于进一步提高微测辐射热计阵列单元的性能；同时，本发明可应用于高曲率非平面物体表面。
发明内容
本发明的目的在于克服上述以硅为基板、以氮化硅为热敏薄膜机械载体的微桥结构的不足之处，它解决了 (1)以硅为基板的微桥不能弯曲、难以应用于高曲率非平面物体表面的问题；(2)由于氮化硅热导率较高，导致微桥机械
载体热传导损失较多的问题。
本发明提供了一种以聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构，以聚酰亚胺树脂固化膜作为热敏薄膜的支撑材料，以打过孔的成品聚酰亚胺膜作为微桥的基板，形成悬空的微桥结构。桥墩由成品聚酰亚胺膜制成，桥面是由聚酰亚胺树脂固化膜支撑的热敏薄膜。
上述薄膜微桥结构的制作方法，其步骤包括
(1) 以成品聚酰亚胺膜为基板，在其上打孔；
(2) 在洁净的硅片表面旋涂聚酰亚胺树脂，并加热，使之固化；
(3) 以聚酰亚胺树脂作为粘贴剂，将固化后的聚酰亚胺树脂膜平整地粘贴在聚酰亚胺基板上，将粘贴后的结构再次加热固化；
(4) 用去离子水分离硅片和聚酰亚胺树脂固化膜，得到聚酰亚胺桥式结构；
(5) 在聚酰亚胺树脂固化膜上沉积热敏薄膜，并刻蚀微桥图形，得到以聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构。
有益效果
(1) 本发明可用于制作微测辐射热计阵列单元的微桥。与硅基微测辐射热计相比，本发明采用高机械强度、低应力、低热导率的聚酰亚胺材料作为热敏薄膜的机械载体，有助于进一步提高微测辐射热计阵列单元的性能；同时，本发明可应用于高曲率非平面物体表面。
(2) 用微量热计法测量薄膜的比热容时，与使用机械载体为氮化硅的微桥相比，使用本发明可提高测量的精度。
(3) 本发明的加工工艺与硅微机械加工工艺相比，具有工艺简单、成本低的特点。
图l是微桥截面示意图2是微桥背面俯视图；图3是不同形状微桥的掩模板；
图中，l一为热敏薄膜；2—为聚酰亚胺树脂固化膜；3—为成品聚酰亚胺膜，(1)为S型，(2)为I型。
具体实施例方式
以成品聚酰亚胺膜为基板，在基板上打？L，在已经打过孔的聚酰亚胺基板
上粘贴聚酰亚胺树脂固化膜，并在聚酰亚胺树脂固化膜上制备热敏薄膜，得到
的悬空微桥结构为桥墩由成品聚酰亚胺膜制成，桥面是由聚酰亚胺树脂固化
膜支撑的热敏薄膜。实施例1
1. 在25ym厚的成品聚酰亚胺膜上，采用波长为248nm的KrF准分子激光微加工系统打出200 P mX 200 P m的方孔。
2. 使用匀胶机在洁净的硅片表面旋涂聚酰亚胺树脂，并加热至该聚酰亚胺树脂的固化温度，使之固化。改变聚酰亚胺树脂的用量和调节匀胶机转速，使聚酰亚胺树脂固化薄膜的厚度为lum。
3. 以同种聚酰亚胺树脂作为粘贴剂，将固化后的聚酰亚胺树脂膜平整地粘贴在打过孔的聚酰亚胺基板上，并将粘贴后的结构再次加热至该聚酰亚胺树脂的固化温度，加以固化。
4. 用去离子水浸泡固化后的结构，使硅片和聚酰亚胺树脂固化膜分离，从而得到悬空的聚酰亚胺微桥结构，桥面为lym厚的聚酰亚胺树脂固化膜，桥墩为25 u m厚的成品聚酰亚胺膜。
5. 使用脉冲激光沉积设备，设定沉积温度为250°C，在聚酰亚胺悬空微桥的桥面(即上述聚酰亚胺树脂固化膜)上沉积O. lum厚的铂热敏薄膜，得到以聚酰亚胺为机械载体的铂热敏薄膜悬空微桥结构。
6. 将上述铂热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥固定在洁净的硅片上，桥面紧贴硅片表面。使用波长为248nm的KrF准分子激光微加工系统，采用S型掩模板，调整掩模板与透镜的距离，使刻蚀图形的尺寸为100umX100um，刻蚀出微桥图形。将铂热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥从硅片上取下，即可得到像元尺寸为
100 u mX 100 ii m的铂热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥。实施例2
1. 在25um厚的成品聚酰亚胺膜上，采用波长为248nm的KrF准分子激光微加工系统打出200iimX200y m，行列间距均为600 ix m的方孔，形成8X8的
方孔阵列。
步骤2 4同实例1。
2. 使用脉冲激光沉积设备，设定沉积温度为25(TC，在聚酰亚胺悬空微桥的桥面(即上述聚酰亚胺树脂固化膜)上沉积约O. lum厚的非晶硅热敏薄膜，得到以聚酰亚胺为机械载体的非晶硅热敏薄膜悬空微桥结构。
3. 将上述非晶硅热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥固定在洁净的硅片上，桥面紧贴硅片表面。使用波长为248nm的KrF准分子激光微加工系统，采用I型掩模板，调整掩模板与透镜的距离，使刻蚀图形的尺寸为100umX100um，刻蚀出微桥图形。将非晶硅热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥从硅片上取下，即可得到像元尺寸为100umX100um的8X8阵列非晶硅热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥阵列。
实施例3
1.在25ym厚的成品聚酰亚胺膜上，采用波长为248nm的KrF准分子激光微加工系统打出200umX200um，行列间距均为600 u m的方孔，形成8X8的方孔阵列。
步骤2 4同实例1。
5. 使用脉冲激光沉积设备，设定沉积温度为250°C，在聚酰亚胺悬空微桥的桥面(即上述聚酰亚胺树脂固化膜)上沉积约O. lym厚的非晶硅热敏薄膜。随后利用脉冲激光沉积设备沉积室的转耙装置改变耙材为Au耙，原位沉积约5nm厚的Au膜，薄膜沉积结束后保持衬底的温度为250°C，原位退火两小时，以获得多晶硅薄膜。由此得到以聚酰亚胺为机械载体的多晶硅热敏薄膜悬空微桥结构。
6. 将上述多晶硅热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥固定在洁净的硅片上，桥紧贴硅片表面。使用波长为248nm的KrF准分子激光微加工系统，采用I型掩模板，调整掩模板与透镜的距离，使刻蚀图形的尺寸为100umX100um，刻蚀出微桥图形。将多晶硅热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥从硅片上取下，即可得到像元尺寸为100umX100um的8X8阵列多晶硅热敏薄膜/聚酰亚胺悬空微桥阵列。
权利要求
1、一种以聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构，其特征在于以聚酰亚胺树脂固化膜作为热敏薄膜的支撑材料，以打过孔的成品聚酰亚胺膜作为微桥的基板，形成悬空的微桥结构，桥墩由成品聚酰亚胺膜制成，桥面是由聚酰亚胺树脂固化膜支撑的热敏薄膜。
2、 一种权利要求1所述薄膜微桥结构的制作方法，其特征在于步骤包括(1) 以成品聚酰亚胺膜为基板，在其上打孔；(2) 在洁净的硅片表面旋涂聚酰亚胺树脂，并加热，使之固化；(3) 以聚酰亚胺树脂作为粘贴剂，将固化后的聚酰亚胺树脂膜平整地粘 贴在聚酰亚胺基板上，将粘贴后的结构再次加热固化；(4) 用去离子水分离硅片和聚酰亚胺树脂固化膜，得到聚酰亚胺桥式结构；(5) 在聚酰亚胺树脂固化膜上沉积热敏薄膜，并刻蚀微桥图形，得到以 聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构。
全文摘要
本发明公开了一种以聚酰亚胺为机械载体的薄膜微桥结构及制备方法，属于微机电技术领域。本发明以聚酰亚胺树脂固化膜作为热敏薄膜的支撑材料，以打过孔的成品聚酰亚胺膜作为微桥的基板，形成悬空的微桥结构，在已经打过孔的聚酰亚胺基板上粘贴聚酰亚胺树脂固化膜，随后在聚酰亚胺树脂固化膜上制备热敏薄膜，并刻蚀微桥图形，得到悬空的微桥结构桥墩由成品聚酰亚胺膜制成，桥面是由聚酰亚胺树脂固化膜支撑的热敏薄膜。本发明解决了薄膜微桥的机械载体热导率较高的问题。
文档编号B81C1/00GK101597019SQ20081011053
公开日2009年12月9日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者荣 余, 敢 吴, 曹生珠, 杨建平, 瑞 王, 陈学康 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所