[发明专利]一种电容式微机械超声换能器的工艺制造方法

说明书

本发明涉及一种电容式超声换能器工艺制造方法，包括：在基板上表面涂覆牺牲层全涂层；在牺牲层全涂层上表面涂覆掩蔽层全涂层并进行图案化，形成掩蔽层；将基板浸入显影剂中蚀刻牺牲层全涂层和掩蔽层暴露区域；将基板浸入有机溶剂中去除所有掩蔽层，形成牺牲层图案，牺牲层包括位于中部的空腔、十字形交叉牺牲通道以及四个牺牲通道孔；在牺牲层上表面涂覆具有绝缘性能的振膜层全涂层并进行图案化，形成振膜层；在所述振膜层上表面涂覆剥离层全涂层并进行图案化，形成剥离层；在剥离层上表面蒸发金属层全涂层；制作上电极；释放牺牲层形成空腔；形成密封层，得到电容式微机械超声换能器完整振元。本发明同时提供采用上述方法制备的振元。

技术领域

本发明涉及MEMS技术的一种换能器加工方法，具体涉及到一种电容式微机械超声换能器的工艺制造方法。

背景技术

超声成像是世界上应用最广泛的医学成像方式，压电材料是超声换能器行业的主导材料，近一个世纪前，这种基本的换能器机理也在不断发展。在超声成像系统中，换能器与介质之间适当的声阻抗匹配是至关重要的，因为这种阻抗匹配对系统的效率有着深远的影响。对于当前的压电系统，通常存在高声阻抗失配，大多数成像换能器表现出有限的带宽。

与传统压电式超声换能器相比，作为一种新兴的替代品，电容式微机械超声换能器具有带宽更宽、灵敏度高、噪声低、阻抗匹配性好等优点。电容式微机械超声换能器在固定电极和悬浮金属层之间有一个密封腔。制造成本和灵敏度是当前电容式微机械超声换能器的限制因素，取决于制造设备，尤其是所用材料。对于电容式微机械超声换能器的广泛使用，需要使用廉价的材料来维持或改善现有的灵敏度，从而大大降低制造成本。SU8胶可以廉价地用于制造电容式微机械超声换能器。电容式微机械超声换能器的固有频率通常由振膜层半径、振膜层厚度、振膜层材料等决定。但改变振膜层半径需改变掩模版尺寸，改变振膜层材料生产流程更为复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种电容式微机械超声换能器的工艺制造方法，通过改变振膜层厚度改变电容式微机械超声换能器的固有频率，使用相对简单的设备，并且减少了制造步骤，这种新的制造工艺有可能增加电容式微机械超声换能器在超声波市场的使用。技术方案如下：

一种电容式超声换能器工艺制造方法，包括：

步骤S1：选用硅片作为底部电极和基板；

步骤S2：在所述基板上表面涂覆牺牲层全涂层；

步骤S3：在所述牺牲层全涂层上表面涂覆掩蔽层全涂层并进行图案化，形成掩蔽层；

步骤S4：将经过步骤S3处理后的基板浸入显影剂中蚀刻牺牲层全涂层和掩蔽层暴露区域；

步骤S5：将经过步骤S4处理后的基板浸入有机溶剂中去除所有掩蔽层，形成牺牲层图案，所述牺牲层包括位于中部的空腔、十字形交叉牺牲通道以及四个牺牲通道孔；

步骤S6：在所述牺牲层上表面涂覆具有绝缘性能的振膜层全涂层并进行图案化，形成振膜层；

步骤S7：在所述振膜层上表面涂覆剥离层全涂层并进行图案化，形成剥离层；

步骤S8：在所述剥离层上表面蒸发金属层全涂层；

步骤S9:将经过步骤S8处理的基板浸入溶剂中剥离振元剥离层和部分金属层全涂层，形成金属层图案，从而形成上电极；

步骤S10：将经过步骤S9处理的基板浸入腐蚀剂中，腐蚀剂通过牺牲通道孔进入牺牲通道，从而逐渐释放牺牲层形成空腔；

步骤S11:在所述牺牲层释放完毕后密封牺牲通道孔，形成密封层，得到电容式微机械超声换能器完整振元。

进一步地，牺牲层全涂层、掩蔽层全涂层、振膜层全涂层、剥离层全涂层均采用旋涂法，从而使得牺牲层空腔、十字形交叉牺牲通道以及四个牺牲通道孔厚度一致。