电气薄膜元件制造技术

一种可用于人体或其它离子液体环境中的电气薄膜元件。聚酰亚胺衬底系粘合到可用自动化设备进行装运的玻璃承载板上，多层金属导体则淀积在衬底上，并将其构成布线图形，以形成电路或生物传感器。聚酰亚胺和玻璃使两者粘合起来，这种粘合能经受加工操作过程但可用能适应生物体的脱除剂和方法破坏。为使衬底从承载板脱离的过程中减少断裂和脱层的可能性，聚酰亚胺衬底和玻璃承载板的热膨胀性能最好类似。金属导体上覆盖聚酰亚胺制成的绝缘层其固化温度低于导体的金属层中产生相互扩散时的温度。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电气薄膜元件，特别涉及能制成布线图形使其起接插件、传感器或其它电气元件的作用的柔质、超小型、防水、适用于生物体的薄膜电路组件。更具体地说，本专利技术涉及薄膜电路组件在制造过程中在处理和成形方面的改进。薄膜一般厚0.01微米至0.5微米至，它淀积在玻璃、陶瓷或半导体衬底上以形成电容器、电阻器、线圈或其它电路元件。薄膜集成电路就是完全由薄膜按布线图形淀积在衬底上构成的。本专利技术的一个目的是研制一种经改进的适用于生物体的薄膜传感器或电路，以便在人体中使用。人们已经注意到，完全只依靠使用于制造常规薄膜结构的材料和技术，一般是不能生产出令人满意的适用于生物体的薄膜传感器或电路。人体或其它离子液体环境中许多生物学状况的测试和监控能力可能会因小型柔质防水薄膜生物传感器的研制而得到提高。但一般薄膜结构通常并不是专为使其与人体生理相适应而设计的，而且是用不适于生物材料的工艺制造的。此外一般薄膜结构并不是柔质的。硅圆片一般提供基片、基座或承载板其上制有常规的薄膜结构。薄膜结构一层层在硅圆片上形成时，硅圆片在各制造工位之间的传送采用自动输送设备。在本专利技术中采用粘合到承载板的第一薄膜层作为薄膜结构的衬底。薄膜结构一经构成，就使硅圆片承载板脱离薄膜结构的衬底，并将承载板扔掉。酸腐蚀溶液或其它脱离剂用以破坏薄膜结构的衬底连接至其硅圆片承载板的粘合，如薄膜结构是由任一不能与上述酸或脱离剂相适应的材料制成，则当薄膜结构脱离硅圆片承载板时可能受到损伤。人们已经知道，许多那种可适应生物体的薄膜结构的生物材料在暴露于一般硅圆片脱除剂中时会损伤或失去作用。通常溶解硅圆片承载板用的腐蚀溶液是不适用于能与生物体相适应的包含在薄膜结构中的生物材料的。人们还知道，淀积在接合到承载板的聚合物衬底上的薄膜金属导体脱离其承载板基片时往往会断裂和脱层。一般认为，聚合物衬底及其承载板基片只要在热膨胀系数上有任何差别都会使聚合物衬底在热处理过程中产生内应力，因为其热膨胀系数与承载板的不同。如果不留意承载板基片和构制薄膜结构用的衬底材料的热膨胀系数就会产生薄膜结构断烈和脱层的问题。大家都知道，一般薄膜结构中都含有粘性金属膜以提高贵金属膜及其下伏的聚合物衬底的粘合能力。这类粘性金属膜是极有用的粘合媒介，因为在薄膜结构中形成电路用的贵金属不能很好地直接与聚合物衬底粘合。因此在聚合物衬底与贵金属膜层之间设有粘性金属层。人们知道，由于毗邻紧靠着的粘性金属层在薄膜结构进行任何高温处理(例如热固化聚合物母体溶液以便在金属膜层上形成聚合物绝缘层)过程中的相互扩散，会使薄膜结构丧失其性能。所指性能的丧失包括例如，失去薄膜结构自身的柔韧性和产生金属薄膜层粘合的问题。除这些机械问题外，金属的相互扩散还会使贵金属层的电性能发生变化。半导体工业界解决金属相互扩散问题的一般方法是在粘结层与贵金属膜层之间加一层耐高温金属层(例如，钨或钽)。这个附加层起相互扩散阻挡层的作用。但要淀积这种附加耐高温金属膜层并将它们构成布线图形就使薄膜结构的加工大大复杂化。本专利技术的一个目的是提供一种适用于人体或任何其它离子液体环境的能与生物体相适应的电气薄膜元件。本专利技术的另一个目的是提供一种有一定形状和布线图形的薄膜电气元件，这种元件起作可装在植入人体内的医疗器件中的生物传感器所使用，以及制造这种电薄膜元件使其保持其生物传感功能的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种可以制造得不致在将薄膜结构衬底脱离其承载板衬底时产生应力损伤的薄膜结构。本专利技术的电气薄膜元件包括一硬质玻璃承载板、一粘合到该硬质玻璃承载板上的衬底和提供电路用的装置。该衬底包括使衬底与硬质玻璃承载板粘合的聚合物，硬质玻璃承载板在其与衬底浸渍在沸水槽或室温下的生理盐水槽中时破裂，以使衬底脱离硬质玻璃承载板。提供电路的装置则粘合到衬底上，并在衬底脱离硬质玻璃承载板时保全下来。本专利技术的一个特点是提供一种电气薄膜元件，该薄膜元件的聚合物衬底脱离其承载板时无需使用可能损及包含在衬底中的生物材料或形成在衬底上的电路装置的任何脱除剂或脱除技术。这里承载板玻璃和衬底聚合物的选择是否适当是解决问题的关键。特别是采用与玻璃粘合的强度仅足以经受电路制造过程的各种作用但遇到能与生物体相适应的沸水或温盐水时可以破裂的聚合物，这是本专利技术的一个重要特点。避免采用不能与生物体相适应、能腐蚀硅的脱除剂，这样做有好处。 熟悉本
的人士都知道，未经改性的PMDA-ODA(PMDA-ODA＝苯均四酸酐氧代二苯胺)型聚酰亚胺由于其与大多数承载板基片粘合时其粘合强度是勉强够格的，因而通常都认为它比其它可能使用的衬底材料差;因此在大多数薄膜的应用中都要往其中加入粘性促进剂，以便对这种聚酰亚胺进行改性，从而提高其粘合能力。然而在本专利技术中却是希望能有这种勉强够格的粘合强度，以便可以采用能适应生物体的脱除剂和脱除技术使玻璃承载板脱离聚酰亚胺衬底。因此在本专利技术的最佳实施例中，聚合物衬底由未经改性的PMDA-ODA型聚酰亚胺组成。在一些最佳实施例中，硬质玻璃承载板由具特别热膨胀数、低膨胀型的玻璃构成，形成衬底的聚合物则由热膨胀系数与该低膨胀玻璃基本相等的聚酰亚胺组成。热膨胀系数的这种匹配使硬质玻璃承载板和承载有电路装置的聚合物衬底在薄膜结构遇到高温时以大致相同的速率膨胀。其好处是，在聚合物衬底脱离硬质玻璃承载板时避免了电路装置从衬底上分离开来。因此本专利技术的另一个特点在于，仔细选取承载板玻璃和衬底聚合物，使它们的热膨胀系数大致相等。热性能上的这种匹配有利地减少了聚合物衬底脱离玻璃承载板时产生严重断裂和脱层问题的可能性。本专利技术还有另一个特点，即设置了一个固化温度较低的聚合物绝缘层。在无需考虑金属的相互扩散的情况下，对这种绝缘层合理的选择应该选用一种可以光学成象的聚酰亚胺，这样，该绝缘层就可以无需使用附加的光致抗蚀工序以形成布线图形。遗憾的是，目前能搞到可光学成象的聚酰亚胺需要很高的固化温度(450℃)来排出光敏剂。在本专利技术的最佳实施例中，采用了BTDA-ODA(BTDA-ODA＝4，4′-碳酰＝(邻苯二甲酸酐)-氧代二苯胺)聚酰亚胺连同正性光致抗蚀剂来形成有布线图形的绝缘涂层。这种材料可在低至250℃的温度下进行固化，从而大大减少了相互扩散以及由此引起的一些问题。在最佳实施例中，用一种聚酰亚胺来形成聚合物衬底，用另一种聚酰亚胺来形成聚合物绝缘体。“衬底”聚酰亚胺的选择取决于其脱离玻璃承载板的难易程度以及其与玻璃承载板在热膨胀系数方面的适应性。举例说，无论是PMAD-ODA或是BPDA-PPD型聚酰亚胺都合适。另一方面，“绝缘体”聚酰亚胺的选择则取决于其固化温度与电气薄膜元件中的金属开始相互扩散的最低温度比较的量值，并取决于下伏的聚合物和金属层的粘结强度。举例说，如上所述，BTDA-ODA型聚酰亚胺是合适的。此外，本专利技术还提供了制造电气薄膜元件的一种方法。该方法包括下列步骤配备一个平面硬质玻璃承载板，用第一种聚胺酸母体液涂敷该平面，以第一温度的热量固化第一种聚酰胺酸母体溶液以形成粘合到该平面的聚酰亚胺层。在本专利技术的一个最佳实施例中，聚酰亚胺膜的热膨胀系数基本上等于硬质玻璃承载板的热膨胀系数，从而避免了在处理过程中在聚酰亚胺膜中产生内应力。在其它某些实施例中，可以采用热膨胀系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气薄膜元件，其特征在于，它包括：一硬质玻璃承载板；一衬底，粘合到硬质玻璃承载板上，该衬底包括使衬底与硬质玻璃承载板粘合的聚合物，该粘合当衬底和硬质玻璃承载板浸渍在热水槽或温生理盐水槽中时遭破坏，从而使聚合物脱离硬质玻璃承载板； 和电路装置，它被粘合到衬底上，且在衬底脱离硬质玻璃承载板的过程中保持完整无缺。

【技术特征摘要】
US 1990-2-14 479,8971.一种电气薄膜元件，其特征在于，它包括一硬质玻璃承载板；一衬底，粘合到硬质玻璃承载板上，该衬底包括使衬底与硬质玻璃承载板粘合的聚合物，该粘合当衬底和硬质玻璃承载板浸渍在热水槽或温生理盐水槽中时遭破坏，从而使聚合物脱离硬质玻璃承载板；和电路装置，它被粘合到衬底上，且在衬底脱离硬质玻璃承载板的过程中保持完整无缺。2.权利要求1的元件，其特征在于，所述电路装置包括一粘合到衬底上的粘性金属层和一粘合到粘性金属层上的贵金属层，此外衬底上还包括绝缘装置，在该电路装置上形成绝缘覆盖层，该绝缘装置包括在热固化温度下固化的聚酰胺酸母体溶液，该聚酰胺母体溶液的热固化温度低于贵金属层相互扩散时的特性最低温度，从而防止贵金属层与粘性金属层在聚酰胺酸母体溶液热固化的过程中有显著的相互扩散。3.权利要求2的元件，其特征在于，电路装置还包括另一个在贵金属层与绝缘装置之间粘合到贵金属层上的粘性金属层。4.一种电气薄膜元件，其特征在于，它包括一聚合物衬底;一第一粘性金属层，粘合到聚合物衬底上;一贵金属层，粘合到第一粘性金属层上;一第二粘性金属层，粘合到贵金属层上，贵金属层夹在第一和第二粘性金属层之间;和一聚合物绝缘体，起码粘合到第一和第二粘性金属层上，覆盖住未与聚合物衬底或贵金属层粘合的第一和第二粘性金属层所有暴露着的表面。5.权利要求4的元件，其特征在于，聚合物绝缘体包括在热固化温度下固化、形成聚酰亚胺涂层的聚酰胺酸母体溶液，该聚酰胺酸母体溶液的热固化温度低于贵金属层与第一和第二粘性金属层相互扩散时的特性最低温度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯W赫勒，柯克W约翰逊，戴维利普森，
申请(专利权)人：伊莱利利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]