[发明专利]一种微热盘及其制作方法

说明书

本发明涉及一种微热盘及其制作方法，包括由下往上依次层叠的衬底、绝缘支撑层和电阻加热层，衬底的中部设置有温度隔离腔体，温度隔离腔体上部的绝缘支撑层为温度隔离悬膜，温度隔离腔体的边缘处的衬底上设置有与温度隔离腔体贯通为一体的形变隔离腔体，形变隔离腔体上部的悬膜为形变隔离悬膜，形变隔离悬膜上设有使得微热盘温度隔离腔体与外部环境之间气压平衡的通孔。本发明通过采用具有形变隔离腔体的结构，在形变隔离悬膜上开设通孔来实现悬膜两面压力平衡，消除了通孔处温度梯度造成的应力，同时抑制了温度隔离悬膜的形变向形变隔离悬膜上传导，其可以承受较高的工作温度，封装工艺简单，可进行单芯片系统集成，适用于产品进一步微型化。

技术领域

本发明涉及微电子系统技术领域，具体涉及一种微热盘及其制作方法。

背景技术

微热盘装置广泛应用于需要局部高温的产品中，包括高温化学传感器、微型化学反应器、红外光源、流量传感器等。

微热盘通过温度隔离技术，实现小尺寸和低功耗。微热盘的温度隔离结构可以是MEMS(微电子系统)工艺悬膜或悬梁，也可以是具有低热导率的高孔隙率材料、低热导系数的体材料。当微热盘工作在高温下时，考虑到热应力造成的结构形变影响，多采用密闭悬膜结构。为得到密闭悬膜结构，微热盘的温度隔离腔体采用衬底背部蚀刻工艺形成。微热盘(也即微热盘芯片)在封装和工作时，因为气体热胀冷缩效应、大气压力波动因素，温度隔离腔体需要跟环境空气导通以实现薄膜两边压力平衡，而随着产品尺寸持续缩小，温度隔离腔体越来越小，这造成了芯片粘结难度的提高，难以在普通封装基底上形成气体导通通道。传统的解决办法是：微型芯片需要采用特殊的封装结构，增加了封装的复杂性，而且，密闭悬膜结构只能采用背面蚀刻工艺，限制了产品的进一步小型化，限制了单芯片系统集成性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种微热盘及其制作方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种微热盘，包括由下往上依次层叠的衬底、绝缘支撑层和电阻加热层，所述衬底的中部设置有温度隔离腔体，所述温度隔离腔体上部的绝缘支撑层为温度隔离悬膜，所述电阻加热层位于所述绝缘支撑层上，所述电阻加热层的加热区域位于所述温度隔离悬膜的中部，其特征在于，所述温度隔离腔体的边缘处的衬底上设置有与所述温度隔离腔体贯通为一体的形变隔离腔体，所述形变隔离腔体上部的悬膜为形变隔离悬膜，所述形变隔离悬膜上设有使得微热盘温度隔离腔体与外部环境之间气压平衡的通孔。

如图1和图2所示，现有技术方案制造的一种常见微热盘结构示意图，大虚线框中的部分的绝缘支撑层2对应的衬底1被蚀刻掉而悬空，称为温度隔离悬膜21，衬底1被蚀刻掉的部分形成腔体，称为温度隔离腔体11，温度隔离腔体11和温度隔离悬膜21构成温度隔离腔体结构。由图中可看出，阴影部分电阻加热层3，其在绝缘支撑层的中间区域的导电轨迹宽度比在绝缘支撑层的边缘处的细，因此中间区域为发热区，图中小虚线框31为加热区域。

当微热盘尺寸持续缩小时，进行封装时，衬底上的粘结区域越来越小，当芯片(即为微热盘)尺寸为0.8mm×0.8mm(如图中衬底1的四边形边长)时，芯片的粘结区域处W尺寸(如图1中竖直方向的双向箭头的高度)约为0.16mm，L尺寸(如图1中水平方向的双向箭头的长度)为0.8mm。为保证芯片的粘结牢固度、平整度，满足芯片键合工艺要求，粘结胶水需要具有适当的扩散性，需要采用多个隔离的小胶点进行芯片粘结，而由于胶水的扩散性，胶水容易造成气体导通通道(即温度隔离腔体与外部环境之间的通道)的密闭。这时需要设计特殊的封装结构，而特殊的封装结构又会增加封装的复杂性。

为克服现有技术方案的不足，本发明通过采用具有形变隔离腔体的结构，在形变隔离腔体上的悬膜上开设通孔来实现悬膜两面压力平衡，开孔的位置选择在形变隔离悬膜上，该处的温度梯度较小甚至无温度梯度，在微热盘工作时，发热区域的高温在温度隔离悬膜上形成温度梯度以实现温度隔离，其热传导通过形变隔离悬膜时，该区域的温度梯度很小或温度等同，消除了温度梯度造成的应力；同时，形变隔离腔体的结构抑制了温度隔离悬膜的形变向形变隔离悬膜上传导。