一种快速微机电磁通门芯片制造方法技术

本发明专利技术公开了一种快速微机电磁通门芯片制造方法，涉及MEMS集成微制造领域，该方法包括：溅射导电薄膜；旋涂光刻胶，曝光、显影；电镀激励线圈和感应线圈的底层线圈和连接导体；去光刻胶和导电膜；旋涂聚酰亚胺、固化；旋涂光刻胶、曝光、显影，刻蚀聚酰亚胺薄膜制造磁芯放置凹槽，将预制磁芯置于凹槽底部，凹槽内滴入聚酰亚胺胶覆盖磁芯并填满凹槽，固化；旋涂光刻胶、曝光、显影，刻蚀聚酰亚胺绝缘薄膜至连接导体顶部露出；溅射导电薄膜；旋涂光刻胶、曝光、显影；电镀激励线圈和感应线圈的顶层线圈以及电极；去光刻胶和导电薄膜。本发明专利技术简化了微机电磁通门芯片制造工艺流程，降低了微机电磁通门芯片成本，兼容大规模集成电路工艺，可集成制造。制造。制造。

【技术实现步骤摘要】
一种快速微机电磁通门芯片制造方法


[0001]本专利技术涉及MEMS集成微制造领域，尤其涉及一种快速微机电磁通门芯片制造方法。

技术介绍

[0002]磁通门传感器作为一种传统的弱磁场检测器件，一直有着其独特的优势而无法为其他磁场传感器所取代，近年来更是不断在新的领域发现其应用潜力，例如室内导航、智能子弹、星链姿控、虚拟现实、智慧交通等。近年来，由于各种新型应用场景逐渐地扩展，对于磁通门传感器的要求趋向于更薄、更轻、更便宜、更批量化，因此对磁通门传感器的快速批量化制造提出了要求。
[0003]传统磁通门传感器使用一个坚固的骨架作为基座，将软磁带状磁芯固定于骨架上，然后在其上缠绕一个通过电流产生磁场的激励线圈，和一个在激励线圈诱发磁场基础上检测外部磁场效应的磁场感应线圈。这使得传统磁通门传感器的工作温度范围有限，而且尺寸大、重量高、灵敏度低以及长期稳定性差。微机电系统(Micro
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Electro
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Mechanical System,MEMS)技术的发展为微型化磁通门传感器的研制提供了一条有效可靠的途径。与传统磁通门传感器探头相比较，MEMS磁通门传感器探头结构紧凑，可标准化批量制造，体积、质量小，安装调试简单，不怕震动撞击，受环境温度变化影响小。采用MEMS技术研制微型磁通门传感器成为国内外研究开发的热点。
[0004]经对现有技术的文献检索发现，J.Kubik等人在《IEEE SENSOR JOURNAL》(《IEEE传感器杂志》)2007年第7卷179
‑
183页发表了“Low
‑
Power Printed Circuit Board Fluxgate Sensor”(低能耗印刷电路板磁通门传感器)一文。该文提及了一个由多层印刷电路板技术开发的微型磁通门传感器，磁芯为矩形结构，采用的是25微米厚的Vitrovac 6025X非晶合金薄带，在10kHz下磁通门传感器的灵敏度是94V/T，能耗只有3.9mW。由于制作过程中需要打出通孔来实现在磁芯上绕制线圈，传感器可能会在通过过程中被损坏，而且印刷电路板会带来很大寄生电容导致传感器性能下降。另外，与MEMS技术相比，根据这种方法很难减小磁通门传感器的尺寸。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种快速微机电磁通门芯片制造方法，缩短微型化磁通门传感器制造周期，提高生产良率，降低生产成本。由此获得的微型化磁通门传感器具有高的灵敏度、宽广的线性测量范围、低的功耗、好的热稳定性、体积小、重量轻、不怕震动撞击及批量化生产等特点，可广泛应用于航空航天、车辆和飞行器等的导航和定位、潜艇和金属物体的探测及通信卫星上。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何解决传统磁通门传感器制造稳定性、重复性差的问题，简化微机电磁通门芯片制造工艺流程，缩短制造周期，降低微机电磁通门芯片成本，使磁通门传感器达到更薄、更轻、更便宜、制造更批量化的
要求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种快速微机电磁通门芯片制造方法，该方法包括如下步骤：
[0008]步骤S1、提供一个衬底，在衬底的一面溅射导电薄膜，后续步骤中的工艺均在此面上进行；
[0009]步骤S2、在步骤S1形成的衬底上旋涂光刻胶后进行烘干；通过曝光、显影，形成激励线圈和感应线圈的底层线圈的光刻胶图形；然后电镀所述底层线圈；旋涂光刻胶、烘干；套刻曝光、显影，在所述底层线圈的两端形成连接导体的光刻胶图形；然后电镀所述连接导体；去光刻胶，刻蚀导电薄膜；
[0010]步骤S3、在步骤S2形成的衬底上继续旋涂聚酰亚胺胶、烘干固化，形成与所述连接导体顶部平齐的聚酰亚胺薄膜；
[0011]步骤S4、在步骤S3形成的衬底上继续旋涂光刻胶、烘干，形成第一光刻胶膜；套刻曝光、显影，形成磁芯图形；采用所述第一光刻胶膜作为保护膜，刻蚀聚酰亚胺薄膜，形成磁芯放置凹槽，所述凹槽宽度和长度与所述磁芯尺寸相等，所述凹槽与所述底层线圈上表面和所述连接导体之间保留一层聚酰亚胺薄膜，所述凹槽深度大于所述磁芯厚度，所述凹槽深度与所述第一光刻胶膜厚度相等，刻蚀所述凹槽停止时，所述第一光刻胶膜被完全刻蚀掉；
[0012]步骤S5、将预先制备的所述磁芯放置于所述凹槽底部，在所述凹槽内滴入聚酰亚胺胶覆盖所述磁芯并填满所述凹槽，烘干固化，固化完成后所述凹槽处聚酰亚胺薄膜与周围聚酰亚胺薄膜平齐；
[0013]步骤S6、在步骤S5形成的衬底上旋涂光刻胶、烘干，形成第二光刻胶膜；套刻曝光、显影，形成所述连接导体的光刻胶图形；采用所述第二光刻胶膜作为保护膜，刻蚀聚酰亚胺薄膜，直到露出所述连接导体顶部表面，所述第二光刻胶膜与所述连接导体顶部聚酰亚胺薄膜厚度相等，刻蚀停止时，所述第二光刻胶膜被完全刻蚀；
[0014]步骤S7、在聚酰亚胺薄膜表面溅射导电薄膜；旋涂光刻胶、烘干；套刻曝光、显影，形成所述激励线圈和感应线圈的顶层线圈以及电极的光刻胶图形；电镀所述顶层线圈和电极；去光刻胶，刻蚀导电薄膜，形成完整的微机电磁通门芯片。
[0015]进一步地，步骤S1中，所述衬底的材料为玻璃或硅。
[0016]进一步地，所述光刻胶为正性光刻胶。
[0017]进一步地，所述电镀采用铜材料。
[0018]进一步地，步骤S5中，采用精密点胶机在所述凹槽内滴入聚酰亚胺胶。
[0019]进一步地，所述刻蚀聚酰亚胺薄膜和刻蚀导电薄膜采用干法工艺。
[0020]进一步地，所述刻蚀聚酰亚胺薄膜采用微波等离子体干法工艺。
[0021]进一步地，所述刻蚀导电薄膜采用Ar等离子体刻蚀工艺。
[0022]进一步地，步骤S5中，所述磁芯为采用飞秒激光切割非晶软磁合金薄带制作而成。
[0023]进一步地，所述去光刻胶采用丙酮溶液清洗。
[0024]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益技术效果：
[0025]1、本专利技术改变了传统采用绕线方法制作磁芯结构螺线管型磁通门传感器，而采用MEMS技术研制微型化磁通门传感器，微机电系统技术可以与大规模集成电路完全兼容，易
于大批量生产，重复性好；
[0026]2、本专利技术采用干法工艺制备预制磁芯片，采用完全兼容工艺将磁芯集成到微机电磁通门芯片中，无需使用昂贵且性能较差的真空溅射工艺，简化了制造工艺流程，缩短了制造周期，降低了芯片成本；
[0027]3、本专利技术直接采用光刻胶作为保护膜，采用微波等离子体干法工艺同步精密刻蚀成型聚酰亚胺磁芯图形凹槽结构和刻蚀去除光刻胶保护膜，采用精密点胶机精准添加聚酰亚胺胶覆盖固定磁芯并使聚酰亚胺薄膜表面平齐，无需使用额外的粘接剂固定磁芯，避免了现有微机电磁通门芯片制造工艺中的化学腐蚀湿法刻蚀工艺和化学机械抛光工艺，解决现有工艺过程污染严重的问题，提高了芯片制造良品率，有效简化制造工艺流程，缩短了制造周期，降低了芯片成本。
[0028]4、本专利技术直接采用光刻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速微机电磁通门芯片制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤S1、提供一个衬底，在所述衬底的一面溅射导电薄膜，后续步骤中的工艺均在此面上进行；步骤S2、在步骤S1形成的衬底上旋涂光刻胶后进行烘干；通过曝光、显影，形成激励线圈和感应线圈的底层线圈的光刻胶图形；然后电镀所述底层线圈；旋涂光刻胶、烘干；套刻曝光、显影，在所述底层线圈的两端形成连接导体的光刻胶图形；然后电镀所述连接导体；去光刻胶，刻蚀导电薄膜；步骤S3、在步骤S2形成的衬底上继续旋涂聚酰亚胺胶、烘干固化，形成与所述连接导体顶部平齐的聚酰亚胺薄膜；步骤S4、在步骤S3形成的衬底上继续旋涂光刻胶、烘干，形成第一光刻胶膜；套刻曝光、显影，形成磁芯图形；采用所述第一光刻胶膜作为保护膜，刻蚀聚酰亚胺薄膜，形成磁芯放置凹槽，所述凹槽宽度和长度与所述磁芯尺寸相等，所述凹槽与所述底层线圈上表面和所述连接导体之间保留一层聚酰亚胺薄膜，所述凹槽深度大于所述磁芯厚度，所述凹槽深度与所述第一光刻胶膜厚度相等，刻蚀所述凹槽停止时，所述第一光刻胶膜被完全刻蚀掉；步骤S5、将预先制备的所述磁芯放置于所述凹槽底部，在所述凹槽内滴入聚酰亚胺胶覆盖所述磁芯并填满所述凹槽，烘干固化，固化完成后所述凹槽处聚酰亚胺薄膜与周围聚酰亚胺薄膜平齐；步骤S6、在步骤S5形成的衬底上旋涂光刻胶、烘干，形成第二光刻胶膜；套刻曝光、显影，形成所述连接导体的光刻胶图形；采用所述第二光刻胶膜作为保护膜，刻蚀聚酰亚胺薄膜，直到露出所述连接导体顶部表面，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷冲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：