[发明专利]电阻膜及微区热板制作方法

说明书

本发明涉及薄膜制作技术，为解决目前如微区热板制作成本高、工艺复杂的问题，提供了一种电阻膜及微区热板制作方法，其技术方案可概括为：电阻膜制作方法，包括以下步骤：采用金属箔通过冲压方式制备电阻膜，所述电阻膜为条状，线条宽度为100微米～10毫米，厚度为1微米～100微米。其有益效果是，以冲压工艺一次成形完成电阻膜的制作，不仅工艺成本极低，形状灵活多变，且一次成形的电阻膜致密均匀，可作为较理想的发热单元，适用于微区热板的制备。

技术领域

本发明涉及薄膜制作技术，特别涉及低压微区薄膜制作技术。

背景技术

毫米级别以下的微区加热技术是气味识别、环境检测、红外发射及生物芯片等领域的基础技术，是近年来相关领域国内外研究的热点之一。与采用高压脉冲大电流只要瞬时达到点火温度的点火桥技术不同，局部微区热板温度要在较短的时间内升高，还要稳定均匀的维持在200℃～800℃一段时间，同时得满足低能耗要求，对材料和热设计甚至是供电电路设计都是一种挑战。

早期的方案是用高熔点金属做电阻膜材料(如钨膜、钽膜或铂膜等)，采用闭膜或悬梁臂的热设计结构，直流供电。闭膜式热板是先在硅基衬底淀积一层二氧化硅(SiO₂)薄膜，再淀积一层金属，然后光刻出图形主体和PAD区，再在主体区盖一层氮化硅(Si₃N₄)薄膜，PAD连接外电路，这样既减小了热流失也起到了调制应力的作用，增强了结构稳定性。后来随着半导体工艺的提升，发展出了悬臂梁式热设计方案，对闭膜式方案中二氧化硅与基板接触的方式进行了改进，将电阻膜主体区域外二氧化硅刻蚀成细梁，相应区域硅基板背面刻蚀梯形槽，将薄膜主体区域悬空，这样完全切断了背部热耗散途径，进一步减少了热量流失，降低了功耗。但这种方案的一大缺陷是结构不稳定，悬梁在热应力作用下易断裂。

电阻膜的制作工艺和形状设计需要考虑加热过程中温度分布的均匀性。如果电阻膜排布不均匀则易引起温度不均，造成热板温度局部集中并产生热点，这将降低器件应用性能，如嗅觉探测灵敏度下降、红外收发器噪点增多等。因此，金属电阻膜的制作工艺多采用真空蒸发、磁控溅射或电子束蒸发技术。其中，真空蒸发方式要求金属熔点较低，以便于在真空室中将金属气化，常见满足此条件的金属是铝和铜，真空蒸发方式的缺点是电阻膜的厚度、晶粒大小和均匀度的控制稍差，因而不易控制加热电阻的阻值。相较而言，磁控溅射和电子束蒸发技术对金属膜生长速度、均匀度的控制要好得多，但其成本也高不少。无论采用真空蒸发、磁控溅射或电子束蒸发技术，在制作金属电阻膜时都需要掩膜板，否则就需要进行光刻和刻蚀，从成本方面考虑，上述热板制作方式受制于昂贵设备和严苛的工艺环境、高纯化学试剂及精密光刻掩膜板等，不利于成本的降低，同时，半导体工艺固有的较长制造周期也不利于由快速迭代应用所驱动的微区热板技术的探索和升级。此外，电阻膜形状设计方面需要考虑各向同性和自相似的形状排布，以降低温度梯度，使加热过程中温度分布均匀。

实际加热应用中，加热电阻膜的供电设计也是考虑的重点之一，与同样作为加热应用的点火桥不同(点火桥是一种瞬时高热激发器，只需要瞬时高温能够触发高能燃药即可，其脉冲电压约30V～40V，甚至在100V以上)，微区加热多采用约20V直流电压供电，功耗较大，一般上百毫瓦，功耗较大的原因是采用磁控溅射生长的金属薄膜厚度一般在几十至几百纳米，电阻较大的缘故，由于这些电压与目前主流低压电路不兼容，因此原则上设计专门的供电芯片及PCB板上的外围供电电路对点火或稳定加热效果最好，但增加了设计成本和PCB板面积，成本不易控制。

发明内容

本发明的目的是要解决目前如微区热板中所采用的较小较薄的电阻膜制作成本高、工艺复杂的问题，提供了一种电阻膜制作方法，采用的技术方案是：

电阻膜制作方法，包括以下步骤：采用金属箔通过冲压方式制备电阻膜，所述电阻膜为条状，线条宽度为100微米～10毫米，厚度为1微米～100微米。

具体的，为说明电阻膜的形状，则所述电阻膜的形状排布具有各向同性或自相似性，所述各向同性是指在二维平面内各方向分布相同，所述自相似性是指局部形状与整体形状相似。