專利名稱：用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種聲表面波(Surface Acoustic Wave,簡寫為SAW)傳感器制造技術，尤其涉及一種用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法。
背景技術：
近年來，由于反恐和防化的需求，氣體傳感器的研制成為熱點，尤其是根據高分子氣敏材料吸收氣體后聲波在材料表面傳播速度或頻率發生變化的原理制成的SAW氣體傳感器的研制與應用更為突出。SAW氣體傳感器技術主要優勢高精度、高靈敏度、響應時間短、抗干擾能力強、有效檢測范圍線性好；體積小、重量輕、功耗低；采用平面工藝制作，易于集成化、智能化和大批量生產；待測參量以頻率輸出，易于與計算機、微處理器接口組成實時處理系統。SAff氣體傳感器的核心部件是用于氣體檢測的SAW傳感器芯片,在SAW傳感器芯片的制備過程中始終有一個問題困擾著研發人員，那就是如何將化學敏感膜穩定可靠、準確地轉移到芯片的成膜區，同時不影響芯片其他部分。目前有很多種成膜方式，國外采用激光定位噴涂生長該化學敏感膜，該方法不需要將非成膜區域掩蔽起來，具有易于生長、控制精確、一致性好等工藝特點，但所需的成膜設備非常昂貴，且目前國內無生產和使用廠家。在國內，分子自組裝是目前比較常用的成膜方式，該方法將芯片在成膜溶液中長時間浸泡，此時就需要將非成膜區域掩蔽起來，只露出成膜區域，過去常利用特殊膠帶進行掩蔽，但膠帶邊緣會翹起甚至脫落，產生溶液滲透，污染非成膜區域，同時膠帶還會污染芯片表面，難于去除。也有采用石蠟掩蔽的，但操作麻煩、可靠性差，同時在去除石蠟時，也難免污染芯片表面，影響傳感器性能。以上掩蔽方式效率都很低，且性能差，不適于敏感膜生長的批量生產。

發明內容
本發明的目的是提供一種用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，該方法能夠避免傳感器芯片在特定成膜區域內生長敏感膜過程中的掩蔽不嚴、一致性差、污染芯片及工藝復雜的問題，可獲得高質量的敏感膜。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，包括步驟首先，在壓電基片的正面蒸鍍Cr過渡層，并在Cr過渡層上蒸鍍Au層；然后，通過光刻、顯影、刻蝕工藝將聲表面波傳感器掩模版上的圖形轉移到壓電基片表面，并形成聲表面波傳感器的叉指換能器和生長敏感膜的成膜區；之后，通過套刻版將成膜區掩蔽上光刻膠層，再蒸鍍成膜掩蔽層，并采用剝離工藝將成膜區的成膜掩蔽層剝離掉，形成制備敏感膜的窗口 ；最后，采用需要的成膜方式在成膜區內形成敏感膜。由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明提供的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，由于在成膜區形成化學敏感膜之前，直接在圓片上制作敏感膜的成膜掩蔽層，解決了傳感器芯片在特定成膜區域內生長敏感膜過程中的掩蔽不嚴、一致性差、污染芯片及工藝復雜等難題，可以獲得高質量的敏感膜。


圖I為蒸鍍金屬膜并勻膠后芯片的剖面示意圖2為顯影后的剖面示意圖3為刻蝕后的剖面示意圖4為完成金屬圖形制備的芯片表面示意圖5為套刻勻膠后的剖面示意圖6為套刻顯影后的剖面示意圖7為蒸鍍掩蔽層后的剖面示意圖8為成膜掩蔽層開窗后的剖面示意圖9為長膜后芯片的剖面示意圖10為本發明的具體實施例的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片的制備方法附圖標識
I、壓電基片，2、Cr過渡層，3、Au層，4、光刻膠層，5、成膜區，6、光刻膠層，7、成膜掩
流程圖。
蔽層，8、敏感膜，9、叉指換能器。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述。本發明的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，其較佳的具體實施方式
如圖I至圖10所示包括步驟首先，在壓電基片I的正面蒸鍍Cr過渡層2，并在Cr過渡層2上蒸鍍Au層3 ;然后，通過光刻、顯影、刻蝕工藝將聲表面波傳感器掩模版上的圖形轉移到壓電基片I表面，并形成聲表面波傳感器的叉指換能器9和生長敏感膜8的成膜區5 ；之后，通過套刻版將成膜區5掩蔽上光刻膠層6，再蒸鍍成膜掩蔽層7，并采用剝離工藝將成膜區5的成膜掩蔽層7剝離掉，形成制備敏感膜8的窗口；最后，采用各種成膜方式在成膜區5內形成敏感膜8。所述成膜掩蔽層的材料為金屬、非金屬化合物或有機高分子材料。所述壓電基片采用以下任意一種或多種材料石英晶體、鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、硅酸鎵鑭晶體、四硼酸鋰晶體。所述壓電基片包括在非壓電介質上制作有氧化鋅或PZT (鋯鈦酸鉛)壓電薄膜。所述成膜掩蔽層厚度為100 300埃，該成膜掩蔽層能滿足用涂覆、分子自組裝、 溶液浸泡或真空蒸鍍的方法生長敏感膜。所述的Cr過渡層厚度為10埃，所述的Au層厚度為400 550埃。所述的敏感膜為對特定氣體具有吸附和解吸附性質的聚合物膜，所述的敏感膜的生長方法包括涂覆、分子自組裝、溶液浸泡或真空蒸鍍。本發明的優點在于在成膜區形成化學敏感膜之前，利用成膜掩蔽層對非成膜區
4進行掩蔽，能夠很好的解決敏感膜形成過程中的掩蔽不嚴、一致性差、污染芯片等問題，工藝過程簡單、穩定可靠，對芯片電性能影響小，且滿足敏感膜不同的長膜方式，如浸泡，涂覆、分子自組裝或真空蒸鍍。具體實施例如圖10所示，具體步驟如下按傳統工藝清洗壓電基片；在壓電基片I正面蒸鍍厚度為10埃左右的Cr過渡層2，在Cr過渡層2上蒸鍍厚度為400 550埃的Au層3 ;利用勻膠機在Au層3表面覆蓋均勻光刻膠層4。采用BP212型光刻膠，黏度7厘波，厚度為7000 9000埃左右，如圖I所示；將勻膠后的圓片放入光刻機中，使光刻膠層4通過SAW掩模版曝光。光強4. 6mff 曝光時間3s ；將曝光后的圓片置入7%。的NaOH溶液中顯影10 12秒鐘左右，將曝光部分的光刻膠腐蝕掉，在金層3表面形成光刻膠保護圖形，如圖2所示；利用IBE刻蝕機將圓片表面無光刻膠層4保護的Au層3和Cr過渡層2刻蝕掉， 時間90秒左右，如圖3所示；利用等離子去膠機，將刻蝕過的圓片表面剩余的光刻膠層4去除，完成圓片表面金屬圖形制備，如圖4所示；將上一步處理過的圓片放入勻膠機，在其表面均勻覆蓋光刻膠層6。采用BP212型光刻膠，黏度7厘波，厚度為7000 9000埃，如圖5所示；將光刻膠層6通過套刻掩模版曝光,光強4. 6mff曝光時間3s ；將曝光部分的光刻膠層6用7%。的NaOH溶液腐蝕掉，完成光刻膠層6對成膜區5 的掩蔽，如圖6所示；在圓片表面蒸鍍膜掩蔽層7，厚度為100 300埃，如圖7所示；將成膜區5的成膜掩蔽層7剝離掉，形成窗口，完成成膜掩蔽層7的制備，如圖8 所示；采用分子自組裝方式，將圓片放入敏感膜溶液中8小時，在成膜區形成敏感膜層 8，如圖9所示；劃片、壓焊、封裝，完成用于氣體檢測的SAW傳感器芯片的制備。雖然已經以特定的結構和工藝過程來描述了本發明，但根據在此所作的描述，本專業的技術人應該明白，本發明不限于這些例子，本發明的完整范圍由權利要求書確定。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，其特征在于，包括步驟首先，在壓電基片⑴的正面蒸鍍Cr過渡層(2)，并在Cr過渡層⑵上蒸鍍Au層(3); 然后，通過光刻、顯影、刻蝕工藝將聲表面波傳感器掩模版上的圖形轉移到壓電基片(I)表面，并形成聲表面波傳感器的叉指換能器(9)和生長敏感膜⑶的成膜區(5)；之后，通過套刻版將成膜區(5)掩蔽上光刻膠層(6)，再蒸鍍成膜掩蔽層(7)，并采用剝離工藝將成膜區(5)的成膜掩蔽層(7)剝離掉，形成制備敏感膜(8)的窗口 ；最后，采用成膜方式在成膜區(5)內形成敏感膜(8)。
2.根據權利要求I所述的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，其特征在于，所述成膜掩蔽層的材料為金屬、非金屬化合物或有機高分子材料。
3.根據權利要求I或2所述的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，其特征在于，所述壓電基片采用以下任意一種或多種材料石英晶體、鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、硅酸鎵鑭晶體、四硼酸鋰晶體。
4.根據權利要求I或2所述的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，其特征在于，所述壓電基片包括在非壓電介質上制作有氧化鋅或PZT壓電薄膜。
5.根據權利要求I或2所述的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，其特征在于，所述成膜掩蔽層厚度為100 300埃，該成膜掩蔽層能滿足用涂覆、分子自組裝、溶液浸泡或真空蒸鍍的方法生長敏感膜。
6.根據權利要求5所述的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法,其特征在于，所述的Cr過渡層厚度為10埃，所述的Au層厚度為400 550埃。
7.根據權利要求5所述的用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，其特征在于，所述的敏感膜為對特定氣體具有吸附和解吸附性質的聚合物膜，所述的敏感膜的生長方法包括涂覆、分子自組裝、溶液浸泡或真空蒸鍍。
全文摘要
本發明公開了一種用于氣體檢測的聲表面波傳感器芯片敏感膜的制備方法，首先，在壓電基片的正面蒸鍍Cr過渡層，并在Cr過渡層上蒸鍍Au層；然后，通過光刻、顯影、刻蝕工藝將聲表面波傳感器掩模版上的圖形轉移到壓電基片表面，并形成聲表面波傳感器的叉指換能器和生長敏感膜的成膜區；之后，通過套刻版將成膜區掩蔽上光刻膠層，再蒸鍍成膜掩蔽層，并采用剝離工藝將成膜區的成膜掩蔽層剝離掉，形成制備敏感膜的窗口；最后，采用成膜方式在成膜區內形成敏感膜。解決了傳感器芯片在特定成膜區域內生長敏感膜過程中的掩蔽不嚴、一致性差、污染芯片及工藝復雜等難題，可以獲得高質量的敏感膜。
文檔編號C23C14/04GK102608203SQ20121003475
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者萬飛, 李繼良, 楊思川, 黃歆 申請人:北京中科飛鴻科技有限公司