JP2022506000A - Ceramic-based micro hot plate and its manufacturing method - Google Patents

Ceramic-based micro hot plate and its manufacturing method Download PDF

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Abstract

本出願はセラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法を開示している。セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、シリコン基板(11)の第1表面(111)に、セラミック膜(12)及び加熱層が順に形成され、加熱層は電気接続された加熱電極(13)と加熱抵抗(14)とを有し、セラミック膜(12)は所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、加熱層は所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。該セラミックベースマイクロホットプレートの製造方法は、乾燥と焼結工程を順に介して第1表面に付着されるセラミック膜、及びセラミック膜の表面に付着される加熱層を形成し、シリコン基板(11)の第2表面(112)をエッチングし、第1表面及び第2表面を貫通する空気断熱室を形成する。該セラミックベースマイクロホットプレートは優れた耐高温性を有し、安定性及び確実性を向上でき、加熱の消費電力、及び製造コストを低減できる。【選択図】図1This application discloses a ceramic-based micro hot plate and a method for manufacturing the same. In the ceramic-based micro hot plate, a ceramic film (12) and a heating layer are sequentially formed on the first surface (111) of the silicon substrate (11), and the heating layer is electrically connected to a heating electrode (13) and a heating resistance ( The ceramic film (12) is formed by sintering from a predetermined ceramic slurry, and the heating layer is formed by sintering from a predetermined conductive slurry. In the method for manufacturing the ceramic-based micro hot plate, a ceramic film attached to the first surface and a heating layer attached to the surface of the ceramic film are formed through a drying and sintering steps in order, and a silicon substrate (11) is formed. The second surface (112) of the above is etched to form an air insulation chamber penetrating the first surface and the second surface. The ceramic-based micro hot plate has excellent high temperature resistance, can improve stability and certainty, and can reduce heating power consumption and manufacturing cost. [Selection diagram] Fig. 1

Description

相互参照Cross-reference

本出願は2018年06月29日にて中国特許庁に提出され、出願番号が201810714351.7であり、発明名称が「セラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法」である中国特許出願の優先権を主張して、その全ての内容は援用されることで、本出願に結合される。 This application was submitted to the China Patent Office on June 29, 2018, and the priority of the Chinese patent application with the application number 201810714351.7 and the invention name "Ceramic-based micro hot plate and its manufacturing method" was given. Allegedly, all its contents are incorporated into this application.

本発明は電子機器製造という技術分野に関わり、より具体的に、セラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法に関わる。 The present invention relates to a technical field of manufacturing electronic devices, and more specifically to a ceramic-based micro hot plate and a method for manufacturing the same.

シリコン微細加工技術によるマイクロホットプレート(MicroHotplate、MHP)は微小電気機械システム(MEMS)における通常の加熱プラットフォームであり、マイクロガスセンサ、マイクロ熱式流量計、マイクロ赤外線検出器及び気圧計などのマイクロ機器に大幅に応用されている。マイクロホットプレートの基本的な構成は、吊り下げ式誘電体フィルム及び抵抗バーを有する。電流が抵抗バーを通過する場合、抵抗から発生したジュール熱の一部は、マイクロホットプレートの加熱のために用いられ、他の一部は、伝導、対流及び放射という方式で、周囲環境における吊り下げ構成に消散することで、マイクロホットプレートに、非常に小さい熱慣性及び非常に高い電熱結合効率を具備させ、ミリワットレベルの熱パワーだげでは、その中心温度領域を数ミリ秒内で迅速に昇温させることができる。従って、マイクロホットプレートは非常に速い熱応答時間及び低い熱消費電力を有する。 Microhotplates (MHPs) with silicon microfabrication technology are the usual heating platforms in microelectromechanical systems (MEMS), for micro equipment such as micro gas sensors, micro thermal flow meters, micro infrared detectors and barometers. It has been greatly applied. The basic configuration of the micro hot plate has a hanging dielectric film and a resistance bar. When the current passes through the resistance bar, some of the Joule heat generated from the resistance is used to heat the microhot plate, and the other part is suspended in the ambient environment by conduction, convection and radiation. Dissipating into a lowered configuration allows the microhot plate to have very low thermal inertia and very high thermal coupling efficiency, and with milliwatt level thermal power, its central temperature range can be quickly reached within a few milliseconds. The temperature can be raised. Therefore, the micro hot plate has a very fast thermal response time and low thermal power consumption.

現在、MEMS技術に基づき製造されたシリコンベースマイクロホットプレートの加工工程は、主に裏面体シリコン加工、前面体シリコン加工及び表面加工という3つがあり、主な工程フローは、化学気相堆積工程により、シリコンウェハ基板に、一定の厚さを有する窒化ケイ素薄膜及び酸化ケイ素薄膜を堆積させ、そして、物理気相堆積工程により、パターニングされた抵抗加熱膜を製造し、更に、ディープシリコンエッチング工程により、窒化ケイ素と酸化ケイ素薄膜の下方にあるシリコンウェハ基板をエッチングすることで、窒化ケイ素と酸化ケイ素薄膜とが吊り下げられ、断熱機能が優れたマイクロホットプレートを取得する。ただし、現在、マイクロホットプレートが採用した物理気相堆積により製造された抵抗加熱膜は、一般的に、数百ナノメートルの厚さを有するプラチナ、タングステン、モリブデンまたは多結晶シリコンであり、これらの材料は厚さが小さく、成膜結晶粒が小さいから、高温熱処理(600℃以上)を受ける場合、加熱抵抗は一般的に、不可逆変化が生じて、そして、高温処理の後、表面の酸化は一般的にゴールドワイヤボールボンディング工程を行うだけではなく、または、一定の高温(600℃以上)まで加熱された場合、抵抗も変化し、例えば、シリコンベースマイクロホットプレートによる触媒燃焼ガスセンサは、センサが高濃度の可燃性ガスに晒す際、可燃性ガスが燃焼放熱を促進するから、マイクロホットプレートの温度が700℃~800℃に達する可能性があり、マイクロホットプレートは該温度に耐えられないと、マイクロホットプレートの確実性は1つの問題になり、このように、マイクロホットプレートの使用環境が制約され、製品のロバストネスが試練を受ける。そして、採用した二酸化ケイ素材料は相変わらず高い熱伝導率(7W/m・K)を有するため、マイクロホットプレートの消費電力のさらなる低減には不利である。且つ、窒化ケイ素薄膜、二酸化ケイ素薄膜及び抵抗加熱膜はいずれも化学または物理気相堆積工程を利用して製造され、必要な機器は高価で、製造工程のコストも高く、マイクロホットプレートのコストのさらなる低減には不利である。 Currently, there are three processing processes for silicon-based micro hot plates manufactured based on MEMS technology: back surface silicon processing, front surface silicon processing, and surface processing. The main process flow is the chemical vapor deposition process. , A silicon nitride thin film and a silicon oxide thin film having a certain thickness are deposited on a silicon wafer substrate, and a patterned resistance heating film is produced by a physical vapor phase deposition step, and further, a deep silicon etching step is performed. By etching the silicon wafer substrate below the silicon nitride and the silicon oxide thin film, the silicon nitride and the silicon oxide thin film are suspended, and a micro hot plate having an excellent heat insulating function is obtained. However, currently, the resistance heating membranes produced by the physical vapor deposition adopted by micro hot plates are generally platinum, tungsten, molybdenum or polycrystalline silicon with a thickness of several hundred nanometers. Due to the small thickness of the material and the small size of the deposited crystal grains, the heating resistance generally changes irreversibly when subjected to high temperature heat treatment (600 ° C. or higher), and after high temperature treatment, surface oxidation occurs. Generally, not only the gold wire ball bonding process is performed, but also the resistance changes when heated to a certain high temperature (600 ° C or higher). For example, a catalyst combustion gas sensor using a silicon-based micro hot plate is a sensor. When exposed to high concentrations of flammable gas, the flammable gas promotes combustion heat dissipation, so the temperature of the micro hot plate can reach 700 ° C to 800 ° C, and the micro hot plate cannot withstand the temperature. , The certainty of the micro hot plate becomes one problem, and thus the environment in which the micro hot plate is used is restricted, and the robustness of the product is challenged. Further, since the adopted silicon dioxide material still has a high thermal conductivity (7 W / m · K), it is disadvantageous for further reducing the power consumption of the micro hot plate. Moreover, the silicon nitride thin film, the silicon dioxide thin film, and the resistance heating film are all manufactured by using a chemical or physical vapor phase deposition process, and the necessary equipment is expensive, the cost of the manufacturing process is high, and the cost of the micro hot plate is high. It is disadvantageous for further reduction.

前記記載から分かるように、従来技術において、マイクロホットプレートは主に以下の問題を有し、即ち、物理気相堆積から形成された抵抗加熱膜の耐高温の機能が劣るから、製品の安定性及び確実性も劣って、そして、二酸化ケイ素膜は高い熱伝導率を有し、放熱が速いから、所定の作業温度を保持するために、大きい入力電力を必要とし、マイクロホットプレートの消費電力のさらなる低減には不利であり、その同時、物理気相堆積機器及び化学気相堆積機器は高価であるから、製造コストも高くなり、マイクロホットプレートのコストのさらなる低減には不利である。 As can be seen from the above description, in the prior art, the micro hot plate mainly has the following problems, that is, the high temperature resistance of the resistance heating film formed from the physical vapor phase deposition is inferior, so that the stability of the product is poor. And less certainty, and because the silicon dioxide film has high thermal conductivity and fast heat dissipation, it requires a large input power to maintain a given working temperature, and the power consumption of the micro hot plate. At the same time, the physical vapor deposition equipment and the chemical vapor deposition equipment are expensive, so that the manufacturing cost is high, which is disadvantageous for further reduction of the cost of the micro hot plate.

前記問題を解決するために、本発明の技術案は、優れた安定性及び確実性を有し、製造工程が簡単で、製造コストが低く、低い加熱の消費電力を有するセラミックベースマイクロホットプレートを提供する。 In order to solve the above problems, the technical proposal of the present invention provides a ceramic-based micro hot plate having excellent stability and certainty, a simple manufacturing process, low manufacturing cost, and low heating power consumption. offer.

前記目的を実現するために、本発明は以下の技術案を提供し、
セラミックベースマイクロホットプレートであって、
対向する第1表面と第2表面とを有するシリコン基板であって、前記第1表面が中心加熱領域と周辺支持領域とを有し、前記中心加熱領域が前記第1表面及び前記第2表面を貫通する空気断熱室を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の第1表面に設けられたセラミック膜と、
前記セラミック膜の、シリコン基板から離反した側の表面に設けられており、電気接続された加熱電極と加熱抵抗とを有する加熱層であって、前記加熱抵抗が前記中心加熱領域にある加熱層と、を備え、
前記セラミック膜は前記シリコン基板の表面に形成された所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は前記セラミック膜の表面に形成された所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following technical proposals.
Ceramic-based micro hot plate
A silicon substrate having a first surface and a second surface facing each other, the first surface having a central heating region and a peripheral support region, and the central heating region covering the first surface and the second surface. A silicon substrate with an air insulation chamber that penetrates,
A ceramic film provided on the first surface of the silicon substrate and
A heating layer provided on the surface of the ceramic film on the side separated from the silicon substrate and having a heating electrode electrically connected and a heating resistance, wherein the heating resistance is a heating layer in the central heating region. , Equipped with
The ceramic film is formed by sintering from a predetermined ceramic slurry formed on the surface of the silicon substrate, and the heating layer is sintered from a predetermined conductive slurry formed on the surface of the ceramic film. Is formed by.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない単結晶シリコンウェハであり、前記単結晶シリコンウェハの結晶方位は100または111であり、
または、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない多結晶シリコンウェハである。
Preferably, in the ceramic-based microhot plate, the silicon substrate is a single crystal silicon wafer that has not been double-sided, single-sided, or oxidized, and the single crystal silicon wafer has a crystal orientation of 100 or 111.
Alternatively, the silicon substrate is a polycrystalline silicon wafer that is double-sided oxidized, single-sided oxidized, or not oxidized.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記シリコン基板の厚さは、端点値が含まれているように、50μm~700μmである。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the thickness of the silicon substrate is 50 μm to 700 μm, including the endpoint values.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料であり、
または、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系であり、
または、前記セラミックスラリーは単相セラミックである。
Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the ceramic slurry is a glass-ceramic-based mixed material.
Alternatively, the ceramic slurry is a microcrystalline glass-based material.
Alternatively, the ceramic slurry is a single-phase ceramic.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の厚さは、端点値が含まれているように、1μm~50μmである。 Preferably, in the ceramic-based microhot plate, the thickness of the ceramic film is 1 μm to 50 μm so as to include the endpoint values.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の抵抗率は1013Ω・cmより大きい。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the resistivity of the ceramic film is greater than 10 13 Ω · cm.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の熱膨張係数は、端点値が含まれているように、0.5×10-6/℃~10×10-6/℃である。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the coefficient of thermal expansion of the ceramic film is 0.5 × 10-6 / ° C to 10 × 10-6 / ° C so as to include the endpoint value.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の誘電率は、端点値が含まれているように、3~10である。 Preferably, in the ceramic-based microhot plate, the permittivity of the ceramic film is 3 to 10 so as to include the endpoint value.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の熱伝導率は、端点値が含まれているように、0.5W/(m・K)~10W/(m・K)である。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the thermal conductivity of the ceramic film is 0.5 W / (m · K) to 10 W / (m · K) so as to include the endpoint value.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の応力は、端点値が含まれているように、100MPa~1000MPaである。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the stress of the ceramic film is 100 MPa to 1000 MPa so as to include the endpoint value.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜は、前記セラミック膜の粗さが端点値を含むように0.5nm-1μmになるように、つや出し処理をする。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the ceramic film is polished so that the roughness of the ceramic film is 0.5 nm-1 μm so as to include the endpoint value.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜は前記第1表面の全部または一部を覆う。 Preferably, in the ceramic-based microhot plate, the ceramic film covers all or part of the first surface.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックベースマイクロホットプレートは、セラミックスラリー及び厚さが異なる多層の前記セラミック膜を有する。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, the ceramic-based micro hot plate has a ceramic slurry and the multilayer ceramic film having different thicknesses.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーがガラス及びセラミック系の混合材料である場合、前記セラミックスラリーにおいて、セラミック相材料は酸化アルミニウムセラミック、酸化マグネシウムセラミック、酸化ベリリウムセラミック、酸化ジルコニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、窒化ケイ素セラミック、窒化ホウ素セラミック、窒化チタンセラミック、炭化ケイ素セラミック、炭化チタンセラミック、炭化ホウ素セラミックのうちの1つまたは複数を有し、ガラス相材料は多種の無機鉱物を主原料として、補助原料を添加することで製造された不規則な構成の非晶質固体であり、セラミック相材料の結晶粒をガラス相材料の無定形のメッシュに溶かして前記セラミック膜を形成する。 Preferably, in the ceramic-based microhot plate, when the ceramic slurry is a mixed material of glass and ceramic, in the ceramic slurry, the ceramic phase material is aluminum oxide ceramic, magnesium oxide ceramic, beryllium oxide ceramic, zirconium oxide ceramic. , Aluminum nitride ceramic, silicon nitride ceramic, boron nitride ceramic, titanium nitride ceramic, silicon carbide ceramic, titanium carbide ceramic, boron carbide ceramic, and the glass phase material is mainly made of various inorganic minerals. It is an amorphous solid having an irregular structure produced by adding an auxiliary raw material, and the crystal grains of the ceramic phase material are melted in an amorphous mesh of the glass phase material to form the ceramic film.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラスはベースガラスから、加熱処理されることで形成されており、結晶方位とガラス相とを同時に有する固体複合材料であり、
前記ベースガラスは複数組の酸化物を有し、所定条件で、前記ベースガラスの一部は規則的に配列されるように形成され、ガラス相において、微結晶ガラス相が形成される。
Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, when the ceramic slurry is a microcrystalline glass system, in the ceramic slurry, the microcrystalline glass is formed by heat treatment from the base glass, and the crystal orientation and crystal orientation. It is a solid composite material having a glass phase at the same time.
The base glass has a plurality of sets of oxides, and under predetermined conditions, a part of the base glass is formed so as to be regularly arranged, and a microcrystalline glass phase is formed in the glass phase.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記ベースガラスはケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、フルオロケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラスのうちの1つまたは複数を有する。 Preferably, in the ceramic-based microhot plate, the base glass is one of silicate glass, aluminosilicate glass, borate glass, borosilicate glass, fluorosilicate glass, and phosphosilicate glass. Or have more than one.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートでは、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラス相はMgO-Al-SiOコージエライト系、LiO-Al-SiOリシア輝石系、LiO-ZnO-Al-SiOリシア輝石系、BaO-Al-SiOセルシアン系、BaO-Al-SiO-TiOセルシアン系、CaO-Al-SiO灰長石系、CaO-B-SiOカルシウムボロンケイガラス系、LiO-ZnO-MgO-Al-SiOβ石英系、F-KO-NaO-CaO-SiOカナサイト系、F-X-MgO-SiOフッ素角閃石系、F-X-MgO-Al-SiOフッ素雲母系、P-LiO-SiO珪酸リチウム系のうちのいずれか1つまたは複数を有する。 Preferably, in the ceramic-based micro hot plate, in the ceramic slurry, the microcrystalline glass phase is MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 cozierite-based, Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 lysia pyrophyllite-based, Li 2 O-ZnO-Al 2 O 3 -SiO 2 Lithia bright stone system, BaO-Al 2 O 3-SiO 2 Celsian system, BaO-Al 2 O 3 - SiO 2 - TiO 2 Celsian system, CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 ash long stone system, CaO-B 2 O 3 -SiO 2 calcium boron kei glass system, Li 2 O-ZnO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 β quartz system, FK 2 O-Na 2 O-CaO -SiO 2 canasite system, FX-MgO-SiO 2 fluorine angle flash stone system, FX-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 fluorine mica system, P 2 O 5 -Li 2 O-SiO 2 lithium silicate Have one or more of the systems.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーが単相セラミックである場合、前記セラミックスラリーにおいて、単相セラミックはホウ酸バリウムスズセラミックまたはホウ酸ジルコニウムバリウムセラミックである。 Preferably, in the ceramic-based microhot plate, when the ceramic slurry is a single-phase ceramic, in the ceramic slurry, the single-phase ceramic is barium barium borate ceramic or zirconium borate ceramic.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記加熱電極の厚さは、端点値が含まれているように、0.5um~50umであり、
前記加熱電極の材料はPt、Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Ag/Pd合金及びPt/Au合金のうちのいずれか1つである。
Preferably, in the ceramic-based microhot plate, the thickness of the heating electrode is 0.5 um to 50 um, as including the endpoint values.
The material of the heating electrode is any one of Pt, Au, Ag, Cu, Al, Ni, W, Ag / Pd alloy and Pt / Au alloy.

好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記加熱抵抗の厚さは、端点値が含まれているように、0.5um~50umであり、
前記加熱抵抗は導電膜層のパターニング処理により形成された所定形状の抵抗配線であり、
前記加熱抵抗の材料は、Pt、Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Mo、Ni/Cr合金、Mo/Mn合金、Cu/Zn合金、Ag/Pd合金、Pt/Au合金、Fe/Co合金、RuO及びSnO:Sbのうちのいずれか1つである。
Preferably, in the ceramic-based microhot plate, the thickness of the heating resistance is 0.5 um to 50 um, as including the endpoint values.
The heating resistance is a resistance wiring having a predetermined shape formed by the patterning process of the conductive film layer.
The materials for the heating resistance are Pt, Au, Ag, Cu, Al, Ni, W, Mo, Ni / Cr alloy, Mo / Mn alloy, Cu / Zn alloy, Ag / Pd alloy, Pt / Au alloy, Fe /. It is any one of Co alloy, RuO 2 and SnO 2 : Sb 2 O 3 .

本発明はさらに、前記いずれか1項に記載のセラミックベースマイクロホットプレートの製造のためのセラミックベースマイクロホットプレートの製造方法を提供し、前記製造方法は、
対向する第1表面と第2表面とを有するシリコン基板を提供するステップであって、前記第1表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有するステップと、
前記第1表面に所定のセラミックスラリーの膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記第1表面に付着されるセラミック膜を形成するステップと、
前記セラミック膜の表面に、所定の導電スラリーの導電膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記セラミック膜の表面に付着される加熱層を形成するステップと、
前記第2表面をエッチングして、前記中心加熱領域に対応するように、前記第1表面及び前記第2表面を貫通する空気断熱室を形成するステップと、を有することを特徴とする。
The present invention further provides a method for manufacturing a ceramic-based micro hot plate for manufacturing the ceramic-based micro hot plate according to any one of the above.
A step of providing a silicon substrate having a first surface and a second surface facing each other, wherein the first surface has a central heating region and a peripheral support region.
A step of forming a film layer of a predetermined ceramic slurry on the first surface,
A step of forming a ceramic film attached to the first surface through a drying step and a sintering step in order, and a step of forming the ceramic film.
A step of forming a conductive film layer of a predetermined conductive slurry on the surface of the ceramic film,
A step of forming a heating layer attached to the surface of the ceramic film through a drying step and a sintering step in order, and a step of forming a heating layer.
It is characterized by having a step of etching the second surface to form an air insulating chamber penetrating the first surface and the second surface so as to correspond to the central heating region.

好ましくは、前記製造方法において、乾燥際の工程温度は、端点値が含まれているように、40℃~200℃であり、
焼結際の工程温度は、端点値が含まれているように、500℃~1400℃である。
Preferably, in the above-mentioned production method, the process temperature at the time of drying is 40 ° C. to 200 ° C. so as to include the endpoint value.
The process temperature at the time of sintering is 500 ° C. to 1400 ° C. so as to include the endpoint value.

前記記載から分かるように、本発明の技術案が提供したセラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法において、シリコン基板の第1表面には、セラミック膜及び加熱層が順に形成され、前記セラミック膜は所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は所定の導電スラリーから焼結されることで形成され、このように、前記セラミック膜及び前記加熱層はいずれも高温焼結工程から形成され、優れた耐高温機能を有するから、低温工程条件の物理気相堆積から形成される加熱層の従来技術と比べると、高温焼結工程から形成される加熱層は、よりよい耐高温性を有し、安定性及び確実性を向上できる。そして、セラミックスラリーの構成を調節することで、セラミック膜の熱伝導率を調節でき、放熱が速いという問題を避け、加熱の消費電力を低減させる。その同時、対応するスラリーから焼結されることで、セラミック膜及び加熱層を形成した機器は、化学気相堆積及び物理気相堆積の機器に対して、機器のコストが低く、製造コストを低減させる。 As can be seen from the above description, in the ceramic-based microhot plate and the manufacturing method thereof provided by the technical proposal of the present invention, a ceramic film and a heating layer are sequentially formed on the first surface of the silicon substrate, and the ceramic film is predetermined. The ceramic film is formed by sintering from the ceramic slurry of the above, and the heating layer is formed by sintering from a predetermined conductive slurry. Thus, both the ceramic film and the heating layer are from the high temperature sintering step. Since it is formed and has an excellent high temperature resistance function, the heating layer formed from the high temperature sintering process has better high temperature resistance than the prior art of the heating layer formed from the physical vapor deposition under the low temperature process conditions. And can improve stability and certainty. Then, by adjusting the composition of the ceramic slurry, the thermal conductivity of the ceramic film can be adjusted, the problem of rapid heat dissipation is avoided, and the power consumption of heating is reduced. At the same time, the equipment on which the ceramic film and the heating layer are formed by sintering from the corresponding slurry has a lower equipment cost and a lower manufacturing cost than the equipment for chemical vapor phase deposition and physical vapor phase deposition. Let me.

本発明の実施例または従来技術の技術案をより明らかに説明するために、以下は実施例または従来技術の記載にとって必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下の記載の図面は本発明の実施例のみであり、当業者にとって、進歩性に値する労働をしない前提で、提供した図面に応じて、他の図面を取得できる。
本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの構成模式図である。 本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートの平面図である。 本発明の実施例が提供した他のセラミック膜マイクロホットプレートの構成模式図である。 本発明の実施例が提供した加熱層の構成模式図である。 本発明の実施例が提供した製造方法のフロー模式図である。 本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの平面図である。 本発明の実施例が提供した他の製造方法のフロー模式図である。
In order to more clearly explain an embodiment of the present invention or a technical proposal of the prior art, the following briefly introduces the drawings necessary for describing the examples or the prior art, and clearly, the drawings described below are the present invention. It is only an embodiment of the above, and other drawings can be obtained according to the provided drawings on the premise that the person skilled in the art does not perform labor worthy of inventive step.
It is a block diagram of the ceramic base micro hot plate provided by the Example of this invention. It is a top view of the ceramic film micro hot plate provided by the Example of this invention. It is a structural schematic diagram of the other ceramic film micro hot plate provided by the Example of this invention. It is a structural schematic diagram of the heating layer provided by the Example of this invention. It is a flow schematic diagram of the manufacturing method provided by the Example of this invention. It is a top view of the ceramic base micro hot plate provided by the Example of this invention. It is a flow schematic diagram of the other manufacturing method provided by the Example of this invention.

以下は、本発明の実施例の図面を結合して、本発明の実施例の技術案を明らか且つ完全に記載し、明らかに、記載の実施例は全ての実施例ではなく、本発明の一部の実施例のみである。本発明の実施例に基づき、当業者は進歩性に値する労働をしない前提で取得した他の全ての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。 The following, in combination with the drawings of the embodiments of the present invention, clearly and completely describes the technical proposals of the embodiments of the present invention, and clearly the described embodiments are not all the examples but one of the present inventions. It is only an embodiment of the part. Based on the embodiments of the present invention, all other embodiments acquired by those skilled in the art on the premise that they do not work worthy of inventive step belong to the scope of protection of the present invention.

従来技術に記載するように、従来のマイクロホットプレートは、シリコンウェハ基板の一側の表面で、化学気相堆積を介して窒化ケイ素薄膜及び二酸化ケイ素薄膜を順に形成し、そして、二酸化ケイ素の表面で、物理気相堆積を介して抵抗加熱膜を形成する。 As described in the prior art, a conventional micro hot plate forms a silicon nitride thin film and a silicon dioxide thin film in order on one side surface of a silicon wafer substrate via chemical vapor deposition, and then a surface of silicon dioxide. Then, a resistance heating film is formed through physical vapor deposition.

物理気相堆積工程の温度が低く、形成された抵抗加熱膜の耐高温機能が劣って、マイクロホットプレートは、後続のゴールドワイヤボールボンディング工程、または触媒燃焼ガスセンサとする場合、高い温度を有し、抵抗加熱膜の耐高温機能が劣ると、製品の確実性及び安定性の劣りを招致して、製品の品質に影響する。 Due to the low temperature of the physical vapor deposition process and the poor high temperature resistance of the formed resistance heating film, the micro hot plate has a high temperature when used in the subsequent gold wire ball bonding process or catalytic combustion gas sensor. If the high temperature resistance function of the resistance heating film is inferior, the reliability and stability of the product will be inferior, and the quality of the product will be affected.

二酸化ケイ素は高い熱伝導率を有するから、放熱速度が速くなり、このように、マイクロホットプレートは加熱作業に用いられる場合、例えば、触媒燃焼センサにおいて、該マイクロホットプレートによりガスの燃焼温度に加熱される場合、放熱速度が速いことによる熱の流失を克服するように、高い消費電力を必要とし、このように、製品の作業際の消費電力が大きくなる。 Since silicon dioxide has high thermal conductivity, the heat dissipation rate becomes high, and thus when the micro hot plate is used for heating work, for example, in a catalytic combustion sensor, the micro hot plate heats the gas to the combustion temperature. If so, high power consumption is required to overcome heat loss due to the high heat dissipation rate, and thus the power consumption during work of the product becomes large.

その同時、物理気相堆積機器及び化学気相堆積機器は高価であるから、製品の製造コストが高くなる。 At the same time, the physical gas phase deposition equipment and the chemical gas phase deposition equipment are expensive, so that the manufacturing cost of the product is high.

発明者は研究することで発見するように、シリコン基板の成熟の加工技術とセラミック基板の優れた電気学、力学、熱学特性とを結合して、シリコン基板でセラミック膜を製造すれば、特定の製品の需求を満たす。つまり、所定のセラミックスラリーによりシリコン基板でセラミック膜を形成することで、優れた電気学、力学、熱学特性を有するセラミック基板を形成でき、且つ製造コストが低い。そして、所定の導電スラリーによりセラミックベースの表面で、焼結してから耐高温の加熱層を形成することで、製品の確実性及び安定性を向上するとともに、製造コストを大幅に低減できる。 As the inventor discovers by studying, it is possible to combine the maturity processing technology of a silicon substrate with the excellent electrical, mechanical, and thermological properties of a ceramic substrate to produce a ceramic film on a silicon substrate. Meet the demands of our products. That is, by forming a ceramic film on a silicon substrate with a predetermined ceramic slurry, a ceramic substrate having excellent electrical, mechanical, and thermal characteristics can be formed, and the manufacturing cost is low. Then, by forming a high temperature resistant heating layer after sintering on the surface of the ceramic base with a predetermined conductive slurry, the reliability and stability of the product can be improved and the manufacturing cost can be significantly reduced.

本発明の前記目的、特徴及び利点をより明らかにするために、以下は図面と具体的な実施形態を結合して本発明をさらに詳しく説明する。 In order to further clarify the object, features and advantages of the present invention, the present invention will be described in more detail below by combining the drawings with specific embodiments.

図1を参照して、図1は本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの構成模式図であり、該セラミックベースマイクロホットプレート10は、対向する第1表面111と第2表面112とを有する前記シリコン基板11であって、前記第1表面が中心加熱領域Aと周辺支持領域Bとを有し、前記中心加熱領域Aが前記第1表面と前記第2表面を貫通する空気断熱室15を有するシリコン基板11と、前記シリコン基板11の第1表面に設けられたセラミック膜12と、前記セラミック膜12のシリコン基板11から離反した側の表面に設けられた加熱層と、を有し、前記加熱層は電気接続された加熱電極13及び加熱抵抗14を有し、前記加熱抵抗14は前記中心加熱領域Aにある。 With reference to FIG. 1, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a ceramic-based microhot plate provided by an embodiment of the present invention, wherein the ceramic-based microhot plate 10 has a first surface 111 and a second surface 112 facing each other. The silicon substrate 11 has a central heating region A and a peripheral support region B, and the central heating region A penetrates the first surface and the second surface. It has a silicon substrate 11 having a chamber 15, a ceramic film 12 provided on the first surface of the silicon substrate 11, and a heating layer provided on the surface of the ceramic film 12 on the side separated from the silicon substrate 11. The heating layer has a heating electrode 13 and a heating resistance 14 that are electrically connected, and the heating resistance 14 is located in the central heating region A.

加熱電極13と加熱抵抗14とは、同一の導電スラリーから形成された同一の加熱層により製造されてもよい。他の形態において、両者は異なる抵抗スラリー及び電極スラリーによりそれぞれ製造されてもよく、この場合、加熱電極13は一定の面積を有する導電パッドであり、外部回路は圧着、ボンディング、スポット熔接などの熔接方式を介して加熱電極13に電気接続されてもよい。加熱電極13は主に、マイクロホットプレートに外部から付与された電気信号を提供し、加熱抵抗14はマイクロホットプレートの主な発熱素子であり、外部の電流は加熱電極を介して加熱抵抗に伝送される際、加熱抵抗はジュール熱を発生させ、さらに、マイクロホットプレートに熱源を提供する。マイクロホットプレートにより小さい熱容量、より速い熱応答を具備させるために、加熱抵抗と接触するセラミック膜を吊り下げ膜になるように配置して、エッチング技術を介して、基板11の、セラミック膜と接触する全てのケイ素をエッチングして削除し、空気断熱室15を形成し、空気は低い熱伝導率を有するから、優れた断熱性を備える。加熱抵抗14の形状は、加熱層の異なる形状に応じて適切に調整されるが、どんな形状にも関わらず、加熱電極13は加熱抵抗14に電気接続され、加熱抵抗14は必要に応じて特定の形状に配置され、加熱後、マイクロホットプレートの作業に特定の温度を提供する。 The heating electrode 13 and the heating resistance 14 may be manufactured by the same heating layer formed from the same conductive slurry. In another embodiment, both may be manufactured by different resistance slurry and electrode slurry, in which case the heating electrode 13 is a conductive pad having a certain area, and the external circuit is welded by crimping, bonding, spot welding or the like. It may be electrically connected to the heating electrode 13 via a method. The heating electrode 13 mainly provides an electric signal externally applied to the micro hot plate, the heating resistance 14 is the main heat generating element of the micro hot plate, and an external current is transmitted to the heating resistance via the heating electrode. When so, the heating resistance generates Joule heat and further provides a heat source for the micro hot plate. In order to provide the micro hot plate with a smaller heat capacity and a faster thermal response, the ceramic film in contact with the heating resistance is arranged so as to be a hanging film, and the ceramic film of the substrate 11 is contacted via the etching technique. All the silicon is etched and removed to form an air insulation chamber 15, and since the air has a low thermal conductivity, it has excellent heat insulation. The shape of the heating resistance 14 is appropriately adjusted according to the different shapes of the heating layers, but regardless of the shape, the heating electrode 13 is electrically connected to the heating resistance 14 and the heating resistance 14 is specified as necessary. Arranged in the shape of, after heating, provides a specific temperature for the work of the micro hot plate.

前記セラミック膜12は前記シリコン基板11の表面に形成された所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は、前記セラミック膜12の表面に形成された所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。加熱電極13は、外部回路から入力された電気信号を取得することで、加熱抵抗に作業電圧を提供する。 The ceramic film 12 is formed by sintering from a predetermined ceramic slurry formed on the surface of the silicon substrate 11, and the heating layer is baked from a predetermined conductive slurry formed on the surface of the ceramic film 12. It is formed by being tied. The heating electrode 13 provides a working voltage to the heating resistance by acquiring an electric signal input from an external circuit.

所定のセラミックスラリーを厚膜印刷工程に採用して、シリコン基板11の表面でセラミック膜12を形成し、高温焼結を介した後、緻密なセラミック膜12を形成し、セラミック膜12とシリコン基板11とを安定且つ確実に結合でき、結合力が優れて、緻密且つ硬い。 A predetermined ceramic slurry is adopted in the thick film printing process to form a ceramic film 12 on the surface of the silicon substrate 11, and after high-temperature sintering, a dense ceramic film 12 is formed, and the ceramic film 12 and the silicon substrate are formed. It can be stably and surely bonded to No. 11, has excellent bonding force, and is dense and hard.

従来技術に比べると、本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレート10のセラミック膜12と加熱層とは、それぞれ所定のスラリーから成膜し、高温焼結されることで、製造される。高温熱処理を介するまたは一定の高温まで加熱されると、加熱層とセラミック膜12とはいずれも優れた耐高温性を有し、加熱層の加熱抵抗14の抵抗値が安定で、製品のロバストネスがよりよい。セラミック膜12はより低い熱伝導率、より優れた断熱機能を有し、セラミックベースマイクロホットプレート10の消費電力のさらなる低減に寄与する。また、セラミック膜12と加熱層とは、全部で厚膜印刷の技術により成膜してもよく、高価の物理気相堆積または化学気相堆積機器を採用することがなく、低コストの成膜工程を採用することは、さらに、製品コストの低減に寄与する。 Compared with the prior art, the ceramic film 12 and the heating layer of the ceramic-based micro hot plate 10 provided in the examples of the present invention are each produced by forming a film from a predetermined slurry and sintering it at a high temperature. .. When heated through high-temperature heat treatment or to a certain high temperature, both the heating layer and the ceramic film 12 have excellent high-temperature resistance, the resistance value of the heating resistance 14 of the heating layer is stable, and the robustness of the product is improved. Better. The ceramic film 12 has a lower thermal conductivity and a better heat insulating function, and contributes to further reduction of the power consumption of the ceramic-based micro hot plate 10. Further, the ceramic film 12 and the heating layer may be formed into a film by a thick film printing technique as a whole, and an expensive physical vapor phase deposition or chemical vapor phase deposition apparatus is not adopted, and a low cost film formation is performed. Adopting the process further contributes to the reduction of product cost.

前記シリコン基板11は両面酸化、片面酸化または酸化されていない単結晶シリコンウェハであり、前記単結晶シリコンウェハの結晶方位は100または111であり、セラミック膜12及びシリコン基板11に安定の接触効果を具備させる。または、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない多結晶シリコンウェハである。単結晶シリコンウェハまたは多結晶シリコンウェハを採用することで、セラミック膜12及びシリコン基板11に安定の接触効果を具備させる。 The silicon substrate 11 is a single crystal silicon wafer that has not been double-sided oxidized, single-sided oxidized, or oxidized, and the crystal orientation of the single crystal silicon wafer is 100 or 111, providing a stable contact effect on the ceramic film 12 and the silicon substrate 11. Equip it. Alternatively, the silicon substrate is a polycrystalline silicon wafer that is double-sided oxidized, single-sided oxidized, or not oxidized. By adopting a single crystal silicon wafer or a polycrystalline silicon wafer, the ceramic film 12 and the silicon substrate 11 are provided with a stable contact effect.

前記シリコン基板11の厚さは、端点値が含まれているように、50μm~700μmである。具体的に、前記シリコン基板11の厚さは100μm、200μm、300μm、50μmまたは600μmであってもよい。前記厚さの値のシリコン基板11を利用することで、セラミック膜マイクロホットプレート10は薄い厚さを有するように保証するとともに、セラミック膜マイクロホットプレート10に優れた機械的強度を具備させる。 The thickness of the silicon substrate 11 is 50 μm to 700 μm so as to include the endpoint value. Specifically, the thickness of the silicon substrate 11 may be 100 μm, 200 μm, 300 μm, 50 μm or 600 μm. By utilizing the silicon substrate 11 having the thickness value, the ceramic film micro hot plate 10 is guaranteed to have a thin thickness, and the ceramic film micro hot plate 10 is provided with excellent mechanical strength.

本出願の実施例において、前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料であってもよく、または、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系であってもよく、または、前記セラミックスラリーは単相セラミックであってもよい。 In the examples of the present application, the ceramic slurry may be a mixed material of glass and ceramic, or the ceramic slurry may be polycrystalline glass, or the ceramic slurry may be a single-phase ceramic. There may be.

前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料である場合、前記セラミックスラリーは、ガラス相とセラミック相という2つの晶相を含む。セラミック相材料は酸化アルミニウムセラミック、酸化マグネシウムセラミック、酸化ベリリウムセラミック、酸化ジルコニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、窒化ケイ素セラミック、窒化ホウ素セラミック、窒化チタンセラミック、炭化ケイ素セラミック、炭化チタンセラミック、炭化ホウ素セラミックのうちの1つまたは複数を有し、ガラス相材料は多種の無機鉱物(石英砂、ホウ砂、ホウ酸、重晶石、炭酸バリウム、石灰石、カリ長石、曹長石、炭酸ナトリウム、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化鉛、酸化銅以及酸化クロムなどのうちの1つまたは複数)を主原料として、補助原料を添加することで製造された不規則な構成の非晶質固体であり、無定形のメッシュ構成を有する。主な原料に少量の補助原料を添加しており、必要に応じて、主な原料と補助原料との比例を設定できる。高温条件で、セラミック相材料の結晶粒をガラス相材料の無定形のメッシュに溶かして前記セラミック膜を形成する。 When the ceramic slurry is a mixed material of glass and ceramic, the ceramic slurry contains two crystal phases, a glass phase and a ceramic phase. Ceramic phase materials are aluminum oxide ceramic, magnesium oxide ceramic, beryllium oxide ceramic, zirconium oxide ceramic, aluminum nitride ceramic, silicon nitride ceramic, boron nitride ceramic, titanium nitride ceramic, silicon carbide ceramic, titanium carbide ceramic, boron carbide ceramic. It has one or more, and the glass phase material is a variety of inorganic minerals (quartz sand, borosand, boric acid, barite, barium carbonate, limestone, potash talus, sapphire, sodium carbonate, zinc oxide, bismuth oxide, etc. It is an irregularly structured amorphous solid produced by adding auxiliary raw materials using one or more of lead oxide, copper oxide and chromium oxide as the main raw material, and has an amorphous mesh structure. Have. A small amount of auxiliary raw material is added to the main raw material, and the proportion between the main raw material and the auxiliary raw material can be set as needed. Under high temperature conditions, the crystal grains of the ceramic phase material are melted into an amorphous mesh of the glass phase material to form the ceramic film.

前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラスはベースガラスから、加熱処理されることで形成され、結晶方位とガラス相とを同時に有する固体複合材料である。前記ベースガラスは複数組の酸化物を有し、所定条件で、前記ベースガラスの一部は規則的に配列されるように形成され、ガラス相において、微結晶ガラス相が形成される。具体的に、前記ベースガラスはケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、フルオロケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラスのうちの1つまたは複数を有する。 When the ceramic slurry is a microcrystalline glass type, in the ceramic slurry, the microcrystalline glass is formed by heat treatment from the base glass, and is a solid composite material having a crystal orientation and a glass phase at the same time. The base glass has a plurality of sets of oxides, and under predetermined conditions, a part of the base glass is formed so as to be regularly arranged, and a microcrystalline glass phase is formed in the glass phase. Specifically, the base glass has one or more of silicate glass, aluminosilicate glass, borate glass, borosilicate glass, fluorosilicate glass, and phosphate glass.

前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーの結晶方位は微結晶ガラス相を有し、好ましくは、微結晶ガラス相はMgO-Al-SiOコージエライト系、LiO-Al-SiOリシア輝石系、LiO-ZnO-Al-SiOリシア輝石系、BaO-Al-SiOセルシアン系、BaO-Al-SiO-TiOセルシアン系、CaO-Al-SiO灰長石系、CaO-B-SiOカルシウムボロンケイガラス系、LiO-ZnO-MgO-Al-SiOβ石英系、F-KO-NaO-CaO-SiOカナサイト系、F-X-MgO-SiOフッ素角閃石系(XはLi、Na、K、Caなどの酸化物である)、F-X-MgO-Al-SiOフッ素雲母系(Xはアルカリ金属及びアルカリ土類金属酸化物である)、P-LiO-SiO珪酸リチウム系のうちのいずれか1つまたは複数を有する。 When the ceramic slurry is a microcrystalline glass type, the crystal orientation of the ceramic slurry has a microcrystalline glass phase, and the microcrystalline glass phase is preferably MgO—Al 2 O 3 −SiO 2 cordierite type, Li 2 O. -Al 2 O 3 -SiO 2 Lithia bright stone system, Li 2 O-ZnO-Al 2 O 3 -SiO 2 Lithia bright stone system, BaO-Al 2 O 3 -SiO 2 Celsian system, BaO-Al 2 O 3 -SiO 2 -TiO 2 Celsian, CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 Ash Nagaishi, CaO-B 2 O 3 -SiO 2 Calcium boron Kay glass, Li 2 O-ZnO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 β Quartz-based, F-K 2 O-Na 2 O-CaO-SiO 2 canasite-based, FX-MgO-SiO 2 fluorohorn flash-based (X is an oxide of Li, Na, K, Ca, etc.) , FX-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 fluorine mica system (X is an alkali metal and an alkaline earth metal oxide), P 2 O 5 -Li 2 O-SiO 2 Lithium silicate system Have one or more of them.

前記セラミックスラリーは単相セラミックである場合、前記セラミックスラリーにおいて、単相セラミックはホウ酸バリウムスズセラミックまたはホウ酸ジルコニウムバリウムセラミックである。 When the ceramic slurry is a single-phase ceramic, in the ceramic slurry, the single-phase ceramic is barium borate tin ceramic or zirconium borate barium ceramic.

前記セラミック膜12の厚さは、端点値が含まれるように、1μm~50μmである。具体的に、前記セラミック膜12の厚さは、10μm、20μm、30μmまたは40μmであってもよい。前記シリコン基板11の表面に前記厚さの値のセラミック膜12を形成することで、セラミック膜12の厚さが薄いように保証するとともに、セラミック膜12に優れた電気学、力学及び熱学機能を具備させる。 The thickness of the ceramic film 12 is 1 μm to 50 μm so as to include the endpoint value. Specifically, the thickness of the ceramic film 12 may be 10 μm, 20 μm, 30 μm or 40 μm. By forming the ceramic film 12 having the thickness value on the surface of the silicon substrate 11, the thickness of the ceramic film 12 is guaranteed to be thin, and the ceramic film 12 has excellent electrical, mechanical and thermological functions. To be equipped with.

前記セラミック膜12の抵抗率は1013Ω・cmより大きい。本発明の実施例に記載のシリコンベースセラミック膜10は大きい抵抗率、及び優れた絶縁機能を有する。 The resistivity of the ceramic film 12 is larger than 10 13 Ω · cm. The silicon-based ceramic film 10 described in the examples of the present invention has a large resistivity and an excellent insulating function.

前記セラミック膜12の熱膨張係数は、端点値が含まれるように、0.5×10-6/℃~10×10-6/℃である。具体的に、前記セラミック膜12の熱膨張係数は1×10-6/℃、4×10-6/℃、6×10-6/℃または8×10-6/℃であってもよい。シリコン基板11の表面に前記熱膨張係数の値のセラミック膜12を形成することで、セラミック膜12の熱膨張係数をシリコン基板11の熱膨張係数に適応させ、温度の変化によるセラミック膜12とシリコン基板11との熱膨張程度の幅が異なることによる、セラミック膜の反りまたは破断などの問題を避け、セラミック膜マイクロホットプレート10の確実性及び安定性を保証できる。 The coefficient of thermal expansion of the ceramic film 12 is 0.5 × 10 -6 / ° C to 10 × 10 -6 / ° C so as to include the endpoint value. Specifically, the coefficient of thermal expansion of the ceramic film 12 may be 1 × 10-6 / ° C, 4 × 10-6 / ° C, 6 × 10-6 / ° C or 8 × 10-6 / ° C. By forming a ceramic film 12 having the value of the thermal expansion coefficient on the surface of the silicon substrate 11, the thermal expansion coefficient of the ceramic film 12 is adapted to the thermal expansion coefficient of the silicon substrate 11, and the ceramic film 12 and silicon due to a change in temperature. It is possible to avoid problems such as warpage or breakage of the ceramic film due to the difference in the width of the degree of thermal expansion from the substrate 11, and to guarantee the certainty and stability of the ceramic film micro hot plate 10.

前記セラミック膜12の誘電率は、端点値が含まれるように、3~10である。具体的に、該セラミック膜12の誘電率は4、5、6、7または9であってもよい。シリコン基板11の表面に前記誘電率の値のセラミック膜12を形成することで、セラミック膜12に優れた電気学特性を具備させる。 The dielectric constant of the ceramic film 12 is 3 to 10 so as to include the endpoint value. Specifically, the dielectric constant of the ceramic film 12 may be 4, 5, 6, 7 or 9. By forming the ceramic film 12 having the value of the dielectric constant on the surface of the silicon substrate 11, the ceramic film 12 is provided with excellent electrical characteristics.

前記セラミック膜12の熱伝導率は、端点値が含まれるように、0.5W/(m・K)-10W/(m・K)である。具体的に、該セラミック膜12の熱伝導率は2W/(m・K)、4W/(m・K)、6W/(m・K)または8W/(m・K)である。シリコン基板11の表面に前記熱伝導率の値のセラミック膜12を形成することで、セラミック膜12に優れた熱学特性を具備させ、熱伝導の速度が適切になる。このように、該セラミック膜マイクロホットプレート10は触媒燃焼センサのマイクロホットプレートに適用される場合、触媒燃焼センサが触媒の最適な作業温度でガス検出を行うから、本出願の技術案は、放熱が速すぎることにより触媒の活性が劣るから、電流を大きくすることで熱補償を行わなければならないという問題、及び、放熱が遅すぎることにより温度が触媒の最適な作業温度を超えたという問題を避け、このように、本出願の技術案は、シリコンベースセラミック膜に適切な熱伝導速度、優れた熱学特性を具備させ、マイクロホットプレートに適用される場合、温度を触媒の最適な作業温度に維持させ、温度が高すぎ及び低すぎるという問題の発生を避ける。 The thermal conductivity of the ceramic film 12 is 0.5 W / (m · K) -10 W / (m · K) so as to include the endpoint value. Specifically, the thermal conductivity of the ceramic film 12 is 2 W / (m · K), 4 W / (m · K), 6 W / (m · K) or 8 W / (m · K). By forming the ceramic film 12 having the value of the thermal conductivity on the surface of the silicon substrate 11, the ceramic film 12 is provided with excellent thermal characteristics, and the rate of heat conduction becomes appropriate. As described above, when the ceramic film micro hot plate 10 is applied to the micro hot plate of the catalyst combustion sensor, the catalyst combustion sensor detects gas at the optimum working temperature of the catalyst. Therefore, the technical proposal of the present application is to dissipate heat. The problem is that the activity of the catalyst is inferior because it is too fast, so heat compensation must be performed by increasing the current, and the problem that the temperature exceeds the optimum working temperature of the catalyst because the heat dissipation is too slow. Avoid, thus, the proposed technology of the present application provides the silicon-based ceramic film with suitable heat transfer rate, excellent thermal properties, and when applied to micro hot plates, the temperature is the optimum working temperature of the catalyst. To avoid the problem of too high and too low temperatures.

前記セラミック膜12の応力は、端点値が含まれるように、100MPa~1000MPaである。具体的に、前記セラミック膜12の応力は200Mpa、500Mpa、800Mpaまたは900Mpaである。シリコン基板11の表面に前記応力の値のセラミック膜12を形成することで、セラミック膜12に優れた力学特性を具備させ、大きい応力に耐えることができ、応力の変化によってセラミック膜には反りまたは脱落などの問題が生じることを避ける。 The stress of the ceramic film 12 is 100 MPa to 1000 MPa so as to include the endpoint value. Specifically, the stress of the ceramic film 12 is 200 Mpa, 500 Mpa, 800 Mpa or 900 Mpa. By forming the ceramic film 12 having the stress value on the surface of the silicon substrate 11, the ceramic film 12 has excellent mechanical properties and can withstand a large stress, and the ceramic film is warped or warped due to the change in stress. Avoid problems such as dropping out.

前記セラミック膜12はつや出し処理を介して、前記セラミック膜12の粗さが、端点値が含まれるように、0.5nm~1μmになる。具体的に、前記セラミック膜12の粗さは10nm、100nm、500nmまたは800nmであってもよい。シリコン基板11の表面に前記粗さの値のセラミック膜12を形成することで、セラミック膜12に優れた平坦性を具備させ、その表面に他の構成を便利に製造できる。 Through the polishing process, the ceramic film 12 has a roughness of 0.5 nm to 1 μm so as to include an endpoint value. Specifically, the roughness of the ceramic film 12 may be 10 nm, 100 nm, 500 nm or 800 nm. By forming the ceramic film 12 having the roughness value on the surface of the silicon substrate 11, the ceramic film 12 can be provided with excellent flatness, and other configurations can be conveniently manufactured on the surface thereof.

本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜12は前記第1表面の全部または一部を覆う。セラミック膜12が第1表面の一部を覆う場合、複数の領域を有し、隣接する領域の間には隙間がある。第1表面領域におけるセラミック膜12により区画された領域の大きさ、数量及び隙間距離を調節し、シリコン基板11の応力とセラミック膜12の応力とをマッチングするように調節することで、セラミック膜マイクロホットプレートの安定性及び確実性を保証する。 In the ceramic film micro hot plate provided by the examples of the present invention, the ceramic film 12 covers all or a part of the first surface. When the ceramic film 12 covers a part of the first surface, it has a plurality of regions and there is a gap between adjacent regions. By adjusting the size, quantity, and gap distance of the region partitioned by the ceramic film 12 in the first surface region so as to match the stress of the silicon substrate 11 and the stress of the ceramic film 12, the ceramic film micro Guarantee the stability and certainty of the hot plate.

図2を参照し、図2は本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートの平面図であり、図2の左図に示される形態において、セラミック膜121はシリコンベース基層11の第1表面の全部を覆っており、図2の右図に示される形態において、セラミック膜123はシリコンベース基層11の一部を覆っており、図2の中間図に示される形態において、セラミック膜122はシリコンベース基層11の一部を覆う。 With reference to FIG. 2, FIG. 2 is a plan view of the ceramic film microhot plate provided by the embodiment of the present invention, and in the form shown in the left figure of FIG. 2, the ceramic film 121 is the first of the silicon base base layer 11. The entire surface is covered, and in the form shown in the right figure of FIG. 2, the ceramic film 123 covers a part of the silicon base base layer 11, and in the form shown in the intermediate view of FIG. 2, the ceramic film 122 covers the entire surface. It covers a part of the silicon base base layer 11.

前記セラミック膜マイクロホットプレート10は、セラミックスラリー及び厚さが異なる多層の前記セラミック膜12を有するように配置されることで、シリコン基板11の応力とセラミック膜12の応力とのマッチング効果がよりよくなり、セラミックベースマイクロホットプレートに反りという問題が生じることを避ける。 By arranging the ceramic film micro hot plate 10 so as to have the ceramic slurry and the multi-layered ceramic film 12 having different thicknesses, the matching effect between the stress of the silicon substrate 11 and the stress of the ceramic film 12 is better. This avoids the problem of warping of the ceramic-based micro hot plate.

図3を参照し、図3は本発明の実施例が提供した他のセラミック膜マイクロホットプレートの構成模式図であり、図3に示されるセラミック膜マイクロホットプレート20において、シリコン基板21は同じように、対向する第1表面と第2表面とを有し、前記実施例のシリコン基板と同様である。図3に示される形態と図2に示される形態との相違点は、図3に示される形態において、シリコン基板21の表面は、セラミック膜221とセラミック膜222という2層のセラミック膜を有することにある。セラミック膜221はシリコン基板21の表面にあり、セラミック膜222はセラミック膜221の表面にある。説明しようとするのは、応力マッチングの必要に応じて、セラミック膜の層数を設定でき、図3に示される2層の構成が含まれるが、それに限定されていない。最も外側のセラミック膜222の表面には加熱層が設けられ、前記実現形態と同じように、該加熱層は加熱電極23と加熱抵抗24とを有する。 With reference to FIG. 3, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of another ceramic film micro hot plate provided by an embodiment of the present invention, and in the ceramic film micro hot plate 20 shown in FIG. 3, the silicon substrate 21 is similarly the same. It has a first surface and a second surface facing each other, and is the same as the silicon substrate of the above embodiment. The difference between the form shown in FIG. 3 and the form shown in FIG. 2 is that in the form shown in FIG. 3, the surface of the silicon substrate 21 has two layers of ceramic films, that is, a ceramic film 221 and a ceramic film 222. It is in. The ceramic film 221 is on the surface of the silicon substrate 21, and the ceramic film 222 is on the surface of the ceramic film 221. What we are going to explain is that the number of layers of the ceramic film can be set according to the need for stress matching, including, but not limited to, the two-layer configuration shown in FIG. A heating layer is provided on the surface of the outermost ceramic film 222, and the heating layer has a heating electrode 23 and a heating resistance 24, as in the above-described embodiment.

好ましくは、前記加熱電極13の厚さは、端点値が含まれているように、0.5um~50umであり、例えば、10μm、20μmまたは30μmなどであってもよい。前記加熱電極13の材料はPt、Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Ag/Pd合金及びPt/Au合金のうちのいずれか1つであり、前記材料が含まれるが、それに限定されていない。 Preferably, the thickness of the heating electrode 13 is 0.5 um to 50 um so as to include the endpoint value, and may be, for example, 10 μm, 20 μm, or 30 μm. The material of the heating electrode 13 is any one of Pt, Au, Ag, Cu, Al, Ni, W, Ag / Pd alloy and Pt / Au alloy, and includes, but is limited to, the material. Not.

前記加熱抵抗14の厚さは、端点値が含まれているように、0.5um~50umであり、例えば、10μm、20μmまたは30μmなどであってもよい。前記加熱抵抗14は導電膜層のパターニング処理から形成された所定形状の抵抗配線である。導電膜層のパターン構成は図4に示される。 The thickness of the heating resistance 14 is 0.5 um to 50 um so as to include the endpoint value, and may be, for example, 10 μm, 20 μm, or 30 μm. The heating resistance 14 is a resistance wiring having a predetermined shape formed by the patterning process of the conductive film layer. The pattern structure of the conductive film layer is shown in FIG.

図4を参照し、図4は本発明の実施例が提供した加熱層の構成模式図であり、図4において、図4aに示される加熱層は加熱抵抗141と加熱電極131とを有し、加熱抵抗141は異形状の曲線であり、図4bに示される加熱層は加熱抵抗142と加熱電極132とを有し、加熱抵抗142は蚊取り線香状の曲線であり、図4cに示される加熱層は加熱抵抗143と加熱電極133とを有し、加熱抵抗143は蛇形の曲線であり、加熱抵抗143の線幅は均一であり、図4dに示される加熱層は加熱抵抗144と加熱電極134とを有し、加熱抵抗144は蛇形の曲線であり、加熱抵抗144の線幅は均一ではなく、図4eは加熱抵抗144と加熱電極134とを有し、加熱抵抗144は矩形である。加熱層のパターン構成は図4における4つの形態に限定されず、1つのパターン構成に限定されず、さらに、多種のパターン構成の結合であってもよく、例えば、同一の加熱層には、前記4つの形態のうちの、少なくとも2つの組み合わせが含まれても良い。 With reference to FIG. 4, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the heating layer provided by the embodiment of the present invention, and in FIG. 4, the heating layer shown in FIG. 4a has a heating resistance 141 and a heating electrode 131. The heating resistance 141 is an irregularly shaped curve, the heating layer shown in FIG. 4b has a heating resistance 142 and a heating electrode 132, the heating resistance 142 is a mosquito repellent incense-shaped curve, and the heating layer shown in FIG. 4c is. It has a heating resistance 143 and a heating electrode 133, the heating resistance 143 is a serpentine curve, the line width of the heating resistance 143 is uniform, and the heating layer shown in FIG. 4d has the heating resistance 144 and the heating electrode 134. The heating resistance 144 is a serpentine curve, the line width of the heating resistance 144 is not uniform, FIG. 4e has the heating resistance 144 and the heating electrode 134, and the heating resistance 144 is rectangular. The pattern configuration of the heating layer is not limited to the four forms in FIG. 4, and is not limited to one pattern configuration, and may be a combination of various pattern configurations. For example, the same heating layer may have the above-mentioned. At least two combinations of the four forms may be included.

マイクロホットプレートの熱電界均一性に応じて、加熱抵抗の形状を変更し、加熱抵抗の線幅を制御し、さらに、加熱抵抗の抵抗値を調節制御でき、例えば、図4において、加熱抵抗143の線条の幅が同一であり、各本の線条の抵抗値も同様である。加熱抵抗144の線条の幅は不一致であり、中間が粗く、両辺が細く、中間の線条の抵抗が、両辺の線条の抵抗より小さく、同じ電流が通過する場合、両辺の線条から発生したジュール熱が、中間の線条の抵抗から発生したジュール熱より大きく、両辺の線条がより断熱室の縁に近接するから、熱伝導がより高く、これによって、両辺の線条の温度が低くなり、可変な線幅設計を介して、熱電界がより均一且つ一致になる。同じように、蚊取り線香状の曲線の加熱抵抗142に対しても、可変な線幅設計を行う。 Depending on the thermal field uniformity of the micro hot plate, the shape of the heating resistance can be changed, the line width of the heating resistance can be controlled, and the resistance value of the heating resistance can be adjusted and controlled. The width of the streaks is the same, and the resistance value of each streak is also the same. If the widths of the streaks of the heating resistance 144 are inconsistent, coarse in the middle, thin on both sides, the resistance of the streaks in the middle is less than the resistance of the streaks on both sides, and the same current passes, then from the streaks on both sides The Joule heat generated is greater than the Joule heat generated from the resistance of the intermediate streaks, and the streaks on both sides are closer to the edges of the insulation chamber, resulting in higher heat conduction, thereby the temperature of the streaks on both sides. Is lower and the thermal currents are more uniform and consistent through a variable line width design. Similarly, a variable line width design is performed for the heating resistance 142 of the mosquito coil-shaped curve.

前記加熱抵抗14の材料はPt、Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Mo、Ni/Cr合金、Mo/Mn合金、Cu/Zn合金、Ag/Pd合金、Pt/Au合金、Fe/Co合金、RuO及びSnO:Sbのうちのいずれか1つであり、前記材料が含まれるが、それに限定されていない。 The material of the heating resistance 14 is Pt, Au, Ag, Cu, Al, Ni, W, Mo, Ni / Cr alloy, Mo / Mn alloy, Cu / Zn alloy, Ag / Pd alloy, Pt / Au alloy, Fe /. It is any one of Co alloy, RuO 2 and SnO 2 : Sb 2 O 3 , and includes, but is not limited to, the above-mentioned materials.

本発明の実施例において、セラミック膜12は、強誘電体、圧電または磁気電気結合効果を実現する伝統のセラミック膜層と違って、伝統のセラミック膜層のセラミック膜層は機能性セラミックであり、力、電気、磁気の間の優れた変換機能を具備しなければならなく、本発明の実施例のセラミック膜12は構造用セラミックであり、応力歪み、弾性率などの力学パラメータを実現でき、隣接する膜層の間に確実且つ安定の付着性を具備させる。 In the embodiment of the present invention, the ceramic film 12 is different from the traditional ceramic film layer that realizes a strong dielectric, piezoelectric or magnetic electric coupling effect, and the ceramic film layer of the traditional ceramic film layer is a functional ceramic. It must be equipped with excellent conversion functions between force, electricity and magnetism, and the ceramic film 12 of the embodiment of the present invention is a structural ceramic, which can realize mechanical parameters such as stress strain and elastic coefficient, and is adjacent to each other. Provide reliable and stable adhesion between the ceramic layers.

従って、本出願の実施例に記載のセラミック膜12は構造用セラミックであり、伝統のセラミック膜層は機能性セラミックであり、本質的な違いを有し、シリコン基板の機能性セラミックは、本出願のシリコンベースセラミック膜と違っている。機能性セラミックは主にその非力学機能を利用したセラミック材料であり、このようなセラミック材料は一般的に、電気、磁気、光、熱、化学生物などの1種または多種の機能を有し、または、圧電、圧磁、熱電、電気光学、音響光学、磁気光学などの結合機能を有する。そして、半導体技術の発展に連れて、機能性セラミックはいずれも薄膜という形式でシリコン基板に堆積され、金属電極を蒸着させ、主に研究及び利用するのは、セラミック材料の機能性である。一方、本発明の実施例のセラミック膜材料は、セラミック膜とシリコン基板とにマッチングする優れた力学機能を具備させ、伝統のセラミック膜の前記非力学的な特性を備えていなくても良い。 Therefore, the ceramic film 12 described in the examples of the present application is a structural ceramic, the traditional ceramic film layer is a functional ceramic, and there is an essential difference, and the functional ceramic of the silicon substrate is the present application. It is different from the silicon-based ceramic film of. Functional ceramics are mainly ceramic materials that utilize their non-mechanical functions, and such ceramic materials generally have one or more functions such as electricity, magnetism, light, heat, and chemical organisms. Alternatively, it has a coupling function such as piezoelectric, magnetic, thermoelectric, electro-optical, acoustic optics, and magnetic optics. With the development of semiconductor technology, all functional ceramics are deposited on a silicon substrate in the form of a thin film, and metal electrodes are vapor-deposited, and it is the functionality of the ceramic material that is mainly researched and used. On the other hand, the ceramic film material of the embodiment of the present invention is provided with an excellent mechanical function matching the ceramic film and the silicon substrate, and does not have to have the non-mechanical properties of the traditional ceramic film.

構造用セラミックの種類は多いが、一般的に、構造用セラミックはいずれも独立且つ単一の形態で使用され、次元でも、大きいサイズの構造性であり、本発明の実施例のセラミック膜は、ミクロサイズのセラミック膜と微細加工しやすいシリコン基板とを結合でき、MEMSマイクロヒーターという分野に適用される。 Although there are many types of structural ceramics, in general, all structural ceramics are used independently and in a single form, and have a large size structural structure in terms of dimension. It can combine a micro-sized ceramic film and a silicon substrate that is easy to microfabricate, and is applied to the field of MEMS microheaters.

前記のように、伝統の機能性セラミックとの違いに基づき、本発明の実施例のセラミック膜は、特定の力学特性を実現でき、特定の応力及び熱膨張係数を具備する必要があり、いくつかの電気学機能パラメータ、例えば誘電率の範囲は3~10のみであり、一方、圧電セラミック、強誘電体セラミックのような伝統の機能性セラミックは、一般的に、誘電率が高いほどよく、高い誘電率ほど、その機能性がよりよくなり、圧電セラミックと強誘電体セラミックとの誘電率は、一般的に数千から数万であるから、本発明の技術案は、セラミック膜の材料の選択に対して、優れた力学特性を重視し、大多数の機能性セラミックの材料の力学特性は、本発明の技術案の必要を満たしていなく、本発明の技術案は力学特性が劣る機能性セラミック材料を含まなく、本発明の実施例のセラミック膜は加熱される際、一定の弾性及び歪みを有し、圧電材料を採用すれば、スマート歪みは両端で電荷を発生させるから、必ずセラミック膜の後続の応用拡張に影響する。 As mentioned above, based on the differences from traditional functional ceramics, the ceramic films of the embodiments of the present invention must be able to achieve specific mechanical properties and have specific stress and thermal expansion coefficients, some of which. Electrical functional parameters, such as dielectric constants, range from 3 to 10 only, while traditional functional ceramics such as piezoelectric ceramics, strong dielectric ceramics, generally have higher dielectric constants. The more the dielectric constant, the better the functionality, and the dielectric constant of the piezoelectric ceramic and the strong dielectric ceramic is generally several thousand to tens of thousands. Therefore, the technical proposal of the present invention is to select the material of the ceramic film. On the other hand, emphasis is placed on excellent mechanical properties, and the mechanical properties of the majority of functional ceramic materials do not meet the needs of the technical proposal of the present invention, and the technical proposal of the present invention is a functional ceramic having inferior mechanical properties. The ceramic film of the embodiment of the present invention, which does not contain a material, has a certain elasticity and strain when heated, and if a piezoelectric material is adopted, smart strain generates charges at both ends, so that the ceramic film must be of the ceramic film. Affects subsequent application extensions.

本発明の実施例の前記技術案において、所定のセラミックスラリーを利用して、厚膜印刷技術により、シリコン基板の表面で成膜した後、所定温度の高温焼結により、目的特性のセラミック膜を形成でき、該目的特性のセラミック膜は優れた抵抗率、熱膨張係数、誘電率、熱伝導率及び応力特性を有し、その抵抗率、熱膨張係数、誘電率、熱伝導率及び応力は、所定の数値範囲を満たして、優れた電気学、熱学及び力学特性を有し、セラミック膜マイクロホットプレートに、優れた安定性及び確実性を具備させる。 In the above-mentioned technical proposal of the embodiment of the present invention, a ceramic film having a desired characteristic is obtained by forming a film on the surface of a silicon substrate by a thick film printing technique using a predetermined ceramic slurry and then performing high-temperature sintering at a predetermined temperature. A ceramic film having the desired properties that can be formed has excellent resistance, thermal expansion coefficient, dielectric constant, thermal conductivity and stress characteristics, and its resistance, thermal expansion coefficient, dielectric constant, thermal conductivity and stress are It meets a predetermined numerical range, has excellent electrical, thermal and mechanical properties, and provides excellent stability and certainty for ceramic membrane microhot plates.

従来技術に比べると、本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートにおいて、シリコン基板の成熟の微細加工技術と、セラミックの優れた電気学、力学及び熱学特性とを結合することで、セラミック膜に機能回路を形成し、シリコン基板で微細構造加工を実現でき、該セラミック膜マイクロホットプレートは、機能が優れたマイクロ機械システム、微小光学電子機械システムシステム、マイクロホットプレート及びマイクロ流体などの微細構造システムの製造に適用される。低コストの厚膜印刷工程によりセラミック膜を形成でき、高価の物理気相堆積または化学気相堆積機器を利用する必要がなく、さらに、製品コストの低減に寄与する。 Compared with the prior art, in the ceramic film microhot plate provided by the embodiments of the present invention, by combining the microfabrication technology of the maturation of the silicon substrate with the excellent electrical, mechanical and thermological properties of the ceramic. A functional circuit can be formed on a ceramic film, and microstructural processing can be realized on a silicon substrate. Applies to the manufacture of microstructure systems. A ceramic film can be formed by a low-cost thick film printing process, it is not necessary to use expensive physical gas phase deposition or chemical gas phase deposition equipment, and it contributes to reduction of product cost.

所定の導電スラリーにより、厚膜印刷技術を介してセラミック膜の表面で成膜した後、所定温度の高温焼結から加熱層を形成でき、伝統の物理気相堆積と比べると、本発明の実施例のセラミックベースマイクロホットプレートにおいて、加熱層の耐高温性が優れて、製品の安定性及び確実性を保証する。加熱層において、加熱抵抗及び加熱電極は、同じ導電スラリーにより同時に製造される。他の形態において、異なる抵抗スラリー及び電極スラリーによりそれぞれ製造されてもよく、例えば、加熱抵抗は、抵抗スラリーをスクリーン印刷し、高温焼結することで製造され。加熱電極は電極スラリーをスクリーン印刷し、高温焼結することで製造される。 A heating layer can be formed from high-temperature sintering at a predetermined temperature after forming a film on the surface of a ceramic film using a predetermined conductive slurry via a thick film printing technique. In the ceramic-based micro hot plate of the example, the high temperature resistance of the heating layer is excellent, which guarantees the stability and certainty of the product. In the heating layer, the heating resistance and the heating electrode are simultaneously manufactured by the same conductive slurry. In other embodiments, different resistance slurries and electrode slurries may be used, respectively. For example, heating resistance is produced by screen printing the resistance slurry and sintering it at a high temperature. The heated electrode is manufactured by screen-printing the electrode slurry and sintering it at a high temperature.

前記実施例に記載のセラミックベースマイクロホットプレートに基づき、本発明の他の実施例はさらに、前記セラミックベースマイクロホットプレートの製造のための製造方法を提供し、該製造方法は図5に示すように、図5は本発明の実施例が提供した製造方法のフロー模式図であり、該製造方法は以下のステップを有し、
ステップS11:対向する第1表面と第2表面とを有するシリコン基板を提供し、前記第1表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有する。
Based on the ceramic-based micro hot plate described in the above embodiment, another embodiment of the present invention further provides a manufacturing method for manufacturing the ceramic-based micro hot plate, the manufacturing method as shown in FIG. In addition, FIG. 5 is a schematic flow diagram of the manufacturing method provided by the embodiment of the present invention, and the manufacturing method has the following steps.
Step S11: A silicon substrate having a first surface and a second surface facing each other is provided, and the first surface has a central heating region and a peripheral support region.

シリコン基板の材料及び厚さについて、前記記載を参照すればよく、ここで、贅言していない。 Regarding the material and thickness of the silicon substrate, the above description may be referred to, and no verbosity is given here.

ステップS12:前記第1表面に所定のセラミックスラリーの膜層を形成する。 Step S12: A film layer of a predetermined ceramic slurry is formed on the first surface.

必要なセラミック膜の目的特性に応じてセラミックスラリーを製造する。セラミックスラリーはセラミック粉体と有機担体からなる。具体的に、セラミック粉体の実現形態は、ガラス及びセラミック系の混合材料、微結晶ガラス系構成、単相セラミックという3つがある。前記所定のセラミックスラリーの実現形態について、前記記載を参照すればよく、ここで、贅言していない。 A ceramic slurry is produced according to the desired characteristics of the required ceramic film. The ceramic slurry consists of ceramic powder and an organic carrier. Specifically, there are three realization forms of ceramic powder: a mixed material of glass and ceramic, a microcrystalline glass-based composition, and a single-phase ceramic. Regarding the realization form of the predetermined ceramic slurry, the above description may be referred to, and no verbosity is given here.

スクリーン印刷、平板印刷、凹版印刷、凸版印刷、流延、ナイフ塗布及び塗装のうちのいずれか1つの方式で、前記セラミックスラリーによりシリコン基板で成膜してもよい。 A film may be formed on a silicon substrate by the ceramic slurry by any one of screen printing, lithographic printing, intaglio printing, letterpress printing, casting, knife coating and painting.

ステップS13:乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記第1表面に付着されるセラミック膜を形成する。 Step S13: A ceramic film adhered to the first surface is formed through a drying step and a sintering step in order.

セラミック膜の目的特性について、前記記載を参照すればよく、ここで、贅言していない。所定温度の高温焼結によって、シリコン基板の表面に一定の厚さのセラミック膜を形成でき、該セラミック膜は緻密且つ硬くて、シリコン基板と優れた付着力を有する。 Regarding the object characteristics of the ceramic film, the above description may be referred to, and no verbosity is given here. A ceramic film having a certain thickness can be formed on the surface of a silicon substrate by high-temperature sintering at a predetermined temperature, and the ceramic film is dense and hard, and has excellent adhesion to the silicon substrate.

好ましくは、乾燥際の温度は40℃~200℃であり、例えば、50℃、80℃、100℃または150℃であってもよい。該温度の値で乾燥することで、優れた乾燥効果を具備するように保証でき、温度が高すぎまたは低すぎることにより膜層の乾燥品質が劣って、後続の焼結品質に影響することを避け、セラミック膜の確実性及び安定性を保証できる。 Preferably, the drying temperature is 40 ° C. to 200 ° C., for example, 50 ° C., 80 ° C., 100 ° C. or 150 ° C. Drying at that temperature value can be guaranteed to have a good drying effect, and too high or too low a temperature will result in poor drying quality of the membrane layer, which will affect subsequent sintering quality. It can be avoided and the certainty and stability of the ceramic film can be guaranteed.

好ましくは、焼結際の温度は、端点値が含まれているように、500℃~1400℃であり、例えば、550℃、800℃、1000℃または1200℃であってもよい。該温度の値で焼結することで、優れた焼結効果を具備するように保証でき、セラミック膜が緻密で、硬度特性がよく、シリコンベース板との付着力が強く、温度が高すぎまたは低すぎることにより膜層の焼結が劣ることを避け、セラミック膜の確実性及び安定性を保証する。所定のスラリーは厚膜印刷工程を介してシリコン基板の表面で成膜した後、焼結後、厚さが大きく、緻密且つ付着力が優れたセラミック膜を形成でき、セラミック膜とシリコン基板との接触面の間は互いに安定に接触し、高価の物理気相堆積または化学気相堆積機器と比べると、両者の間の接触構成は異なり、接触構成はより確実且つ安定であり、製造コストが低い。 Preferably, the temperature during sintering is 500 ° C. to 1400 ° C., including the endpoint values, and may be, for example, 550 ° C., 800 ° C., 1000 ° C. or 1200 ° C. By sintering at the temperature value, it can be guaranteed to have an excellent sintering effect, the ceramic film is dense, the hardness characteristics are good, the adhesive force with the silicon base plate is strong, and the temperature is too high. It avoids inferior sintering of the film layer due to being too low, and guarantees the certainty and stability of the ceramic film. A predetermined slurry is formed on the surface of a silicon substrate through a thick film printing process, and after sintering, a ceramic film having a large thickness, fineness and excellent adhesive strength can be formed, and the ceramic film and the silicon substrate can be formed. The contact surfaces are in stable contact with each other, and the contact configuration between the two is different, the contact configuration is more reliable and stable, and the manufacturing cost is lower than that of expensive physical vapor deposition or chemical vapor deposition equipment. ..

焼結後、前記製造方法はさらに、研磨つや出し工程を介して、前記セラミック膜の粗さは、端点値が含まれているように、0.5nm~1μmになるステップを有する。 After sintering, the manufacturing method further comprises a step of increasing the roughness of the ceramic film to 0.5 nm to 1 μm, including the endpoint values, via a polishing and polishing step.

ステップS14:前記セラミック膜の表面に、所定の導電スラリーの導電膜層を形成する。 Step S14: A conductive film layer of a predetermined conductive slurry is formed on the surface of the ceramic film.

ステップS15:乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記セラミック膜の表面に付着される加熱層を形成する。 Step S15: A heating layer adhered to the surface of the ceramic film is formed through a drying step and a sintering step in order.

スクリーン印刷工程を介してセラミック膜の表面に導電スラリーの導電膜層を形成し、乾燥、焼結工程を介して、セラミック膜との付着力が優れた加熱層を取得できる。乾燥と焼結との温度範囲は前記と同様である。セラミック膜と加熱層との乾燥温度は同様または異なっても良く、焼結温度は同様または異なってもよい。該ステップにおいて、焼結が完成した後、同じように、研磨つや出し工程を介して、前記加熱層の粗さは端点値が含まれているように、0.5nm~1μmになる。スクリーン印刷の網版パターンを設定することで、加熱層に所定のパターン構成を具備させ、特定構成の加熱抵抗及び加熱電極を形成する。 A conductive film layer of the conductive slurry is formed on the surface of the ceramic film through the screen printing process, and a heated layer having excellent adhesion to the ceramic film can be obtained through the drying and sintering steps. The temperature range for drying and sintering is the same as described above. The drying temperature of the ceramic film and the heating layer may be the same or different, and the sintering temperature may be the same or different. In this step, after the sintering is completed, the roughness of the heating layer becomes 0.5 nm to 1 μm through the polishing and polishing step as well, so as to include the endpoint value. By setting the screen printing netting pattern, the heating layer is provided with a predetermined pattern configuration, and a heating resistance and a heating electrode having a specific configuration are formed.

ステップS16:前記第2表面をエッチングして、前記中心加熱領域に対応するように、前記第1表面及び前記第2表面を貫通する空気断熱室を形成する。 Step S16: The second surface is etched to form an air insulation chamber penetrating the first surface and the second surface so as to correspond to the central heating region.

ディープシリコンエッチング工程により前記空気断熱室を形成してもよい。具体的に、第2表面に1層のフォトレジスト層を形成し、スピンコーティング工程により、該フォトレジスト層を形成し、該フォトレジスト層に対してパターニング露光及びパターニング現像を行うことで、所定のパターン構成を有するフォトレジスト層を形成し、周辺の支持領域に正対するフォトレジストを保留し、中心加熱領域に正対するフォトレジストを除去し、そして、パターニングのフォトレジスト層をマスク版として、シリコン基板をエッチングし、前記空気断熱室を形成することで、中心加熱領域のセラミック膜を吊り下げさせ、最後は、縁の支持領域のフォトレジストを除去し、断熱機能が優れたセラミックベースマイクロホットプレートを形成する。フォトレジストはポジ型フォトレジスト、またはネガ型フォトレジストであってもよい。フォトレジスト層の厚さは、端点値が含まれているように、1μm~30μmである。 The air insulation chamber may be formed by a deep silicon etching step. Specifically, a predetermined photoresist layer is formed on the second surface, the photoresist layer is formed by a spin coating step, and the photoresist layer is subjected to patterning exposure and patterning development. A photoresist layer having a pattern structure is formed, the photoresist facing the surrounding support region is retained, the photoresist facing the central heating region is removed, and the patterning photoresist layer is used as a mask plate to form a silicon substrate. By etching to form the air insulation chamber, the ceramic film in the central heating region is suspended, and finally, the photoresist in the edge support region is removed, and a ceramic-based micro hot plate having excellent heat insulation function is obtained. Form. The photoresist may be a positive photoresist or a negative photoresist. The thickness of the photoresist layer is 1 μm to 30 μm so as to include the endpoint value.

図6を参照し、図6は本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの平面図であり、本発明の実施例に記載の製造方法において、大きいサイのズウェハを介して複数のセラミックベースマイクロホットプレートを同時に製造し、そして、切断工程を介して、複数の単粒子のセラミックベースマイクロホットプレートに分割し、切断後、各セラミックマイクロホットプレートはいずれもシリコン基板11、セラミック膜12及び加熱層を有する。図6に示すように、ウェハにはセラミック膜12が形成されている。セラミック膜12における加熱層パターンは複数のサブ領域を有し、各サブ領域はいずれも加熱電極13及び加熱抵抗14を有する。対応するように、各サブ領域の中心加熱領域に空気断熱室を形成した後、切断工程を介して、大きいサイズのウェハを複数の小さいサイズのシリコン基板11に分割し、各小さいサイズのシリコン基板11はいずれも1つのサブ領域に対応し、1つの単粒子のセラミックベースマイクロホットプレートを形成する。 With reference to FIG. 6, FIG. 6 is a plan view of the ceramic-based microhot plate provided by the embodiments of the present invention, wherein the manufacturing method according to the embodiments of the present invention involves a plurality of ceramics via a large size wafer. The base micro hot plate is manufactured simultaneously and divided into a plurality of single particle ceramic base micro hot plates through a cutting step, and after cutting, each ceramic micro hot plate is made of a silicon substrate 11, a ceramic film 12 and a ceramic film 12. It has a heating layer. As shown in FIG. 6, a ceramic film 12 is formed on the wafer. The heating layer pattern in the ceramic film 12 has a plurality of sub-regions, each of which has a heating electrode 13 and a heating resistance 14. Correspondingly, after forming an air insulation chamber in the central heating region of each sub-region, a large-sized wafer is divided into a plurality of small-sized silicon substrates 11 through a cutting process, and each small-sized silicon substrate is divided. Each of 11 corresponds to one subregion and forms one single particle ceramic-based microhot plate.

図7を参照し、図7は本発明の実施例が提供した他の製造方法のフロー模式図であり、該製造方法は以下のステップを有し、
ステップS21:シリコン基板を提供するとともに、洗浄する。
With reference to FIG. 7, FIG. 7 is a schematic flow diagram of another manufacturing method provided by an embodiment of the present invention, wherein the manufacturing method has the following steps.
Step S21: The silicon substrate is provided and cleaned.

該シリコン基板は両面酸化されており、100結晶方位を有する単結晶シリコン基板11であってもよく、アセトン超音波で10min洗浄し、イソプロパノール超音波で5min洗浄し、そして、脱イオン水で5min洗浄し、窒素ガスで吹き乾かす。 The silicon substrate is double-sided oxidized and may be a single crystal silicon substrate 11 having 100 crystal orientations, washed with acetone ultrasonic waves for 10 minutes, washed with isopropanol ultrasonic waves for 5 minutes, and washed with deionized water for 5 minutes. Then, blow it dry with nitrogen gas.

ステップS22:セラミックスラリーを配置し、該スラリーによりシリコン基板の表面で成膜した後、乾燥処理を行う。 Step S22: A ceramic slurry is arranged, a film is formed on the surface of the silicon substrate by the slurry, and then a drying process is performed.

適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加することで、セラミックスラリーになるように配置する。スクリーン印刷という方式で、基板11に印刷され、一定の温度で乾燥される。 Ceramic powders with appropriate specifications are selected and arranged to form a ceramic slurry by adding an organic carrier. It is printed on the substrate 11 by a method called screen printing and dried at a constant temperature.

ステップS23:乾燥されたシリコン基板をマッフル炉に入れて焼結することで、セラミック膜を形成する。 Step S23: The dried silicon substrate is placed in a muffle furnace and sintered to form a ceramic film.

10um厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜12を取得し、研磨つや出しという方式で、セラミック膜12の表面を処理することで、セラミック膜12の表面の粗さを0.2umに制御する。 The surface roughness of the ceramic film 12 is controlled to 0.2 um by obtaining a dense and hard ceramic film 12 having a thickness of 10 um and treating the surface of the ceramic film 12 by a method of polishing and polishing.

ステップS24:導電スラリーにより、スクリーン印刷工程を介して、セラミック膜の表面に加熱電極と加熱抵抗とのパターン構成を形成する。 Step S24: The conductive slurry forms a pattern structure of the heating electrode and the heating resistance on the surface of the ceramic film through the screen printing step.

加熱電極及び加熱抵抗に対して、同じ導電スラリーを採用して、1回のスクリーン印刷を介して、対応するパターン構成を形成する。他の形態において、加熱電極スラリー及び加熱抵抗スラリーに対して、それぞれスクリーン印刷という方式で、セラミック膜に印刷され、対応する加熱電極パターン構成と加熱抵抗パターン構成を形成する。 The same conductive slurry is used for the heating electrode and heating resistance to form the corresponding pattern configuration through a single screen printing. In another embodiment, the heating electrode slurry and the heating resistance slurry are printed on the ceramic film by a method called screen printing, respectively, to form the corresponding heating electrode pattern configuration and heating resistance pattern configuration.

スクリーン印刷が完成した後、乾燥及び焼結を行って、加熱電極及び加熱抵抗を得て、そして、加熱電極及び加熱抵抗に対して、つや出し処理を行うことで、加熱電極及び加熱抵抗の表面の粗さが100nmになる。 After the screen printing is completed, drying and sintering are performed to obtain a heating electrode and heating resistance, and the heating electrode and heating resistance are polished to perform a polishing treatment on the surface of the heating electrode and heating resistance. The roughness becomes 100 nm.

ステップS25:シリコン基板の他側をエッチングし、加熱抵抗に正対する中心加熱領域で空気断熱室を形成する。 Step S25: The other side of the silicon substrate is etched to form an air insulation chamber in the central heating region facing the heating resistance.

基板の裏面にフォトレジストをスピンコーティングし、加熱ステージで乾燥するとともに、パターニング露光及びパターニング現像を行って、反応性イオンエッチング技術により、裏面にある二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、セラミック膜の下方の、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去し、断熱空気腔15を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、セラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。 The back surface of the substrate is spin-coated with a photoresist, dried in a heating stage, and subjected to patterning exposure and patterning development to remove silicon dioxide on the back surface by reactive ion etching technology, and deep silicon etching technology. , The silicon under the ceramic film, which is not protected by the photoresist, is etched and removed to form an adiabatic air cavity 15 to obtain a ceramic-based micro hot plate, and a cutting technique is used to obtain a ceramic-based micro hot plate chip.

従来技術において、セラミック膜層を製造するための材料は、高い焼結温度を有し、例えば、酸化ジルコニウムセラミック材料に対して、焼結温度が1350℃の以上であるように要求され、高い焼結温度は、シリコンウェハを基板とすることができず、なぜならば、シリコンウェハはこのような高い焼結温度に耐えず、該焼結温度は既にシリコンウェハの融点(1400℃)に接近する。そして、伝統のセラミック材料から製造されたセラミック膜層の応力は、シリコンウェハとマッチングできない(全体応力は500MPaの以下である)。その同時、伝統のセラミック材料から製造されたセラミック膜層は、緻密なセラミック膜を形成できず、後続で、ディープシリコンエッチング工程を採用する場合、セラミック基板は破断するおそれがある。 In the prior art, the material for producing the ceramic film layer has a high sintering temperature, for example, for a zirconium oxide ceramic material, the sintering temperature is required to be 1350 ° C. or higher, and the baking temperature is high. The forming temperature cannot use the silicon wafer as a substrate, because the silicon wafer cannot withstand such a high sintering temperature, and the sintering temperature already approaches the melting point (1400 ° C.) of the silicon wafer. The stress of the ceramic film layer manufactured from the traditional ceramic material cannot be matched with the silicon wafer (the total stress is 500 MPa or less). At the same time, the ceramic film layer manufactured from the traditional ceramic material cannot form a dense ceramic film, and if a subsequent deep silicon etching process is adopted, the ceramic substrate may break.

本発明の実施例において、特定のセラミックスラリーから形成されたシリコンベースセラミック膜は、優れた力学特性を有し、シリコン基板と優れた付着効果を有し、そして、セラミック膜を製造するための材料の焼結温度はシリコンウェハの融点温度より小さく、例えば、ガラス及びセラミック系の混合材料に対して、焼結温度は1200℃の以下であり、シリコンウェハでの印刷焼結に適して、セラミックスラリーの成分及びシールドを調節することで、製造されたセラミック膜の熱膨張係数がシリコンウェハにマッチングし、確実な力学接触を形成し、熱歪みによる反り及び脱落という問題を避ける。 In the embodiment of the present invention, the silicon-based ceramic film formed from a specific ceramic slurry has excellent mechanical properties, has an excellent adhesion effect with a silicon substrate, and is a material for producing a ceramic film. The sintering temperature is lower than the melting point temperature of the silicon wafer. For example, the sintering temperature is 1200 ° C. or lower for a mixed material of glass and ceramic, which is suitable for printing sintering on a silicon wafer and is a ceramic slurry. By adjusting the composition and shield of the ceramic film, the thermal expansion coefficient of the manufactured ceramic film matches the silicon wafer, forming a reliable mechanical contact, and avoiding the problem of warpage and falling off due to thermal strain.

本発明をよりよく説明するために、以下はいくつかのセラミックベースマイクロホットプレートの製造方法の具体的な実施例を提供する。 To better illustrate the invention, the following provide specific examples of how to make some ceramic-based microhot plates.

実施例1
両面つや出し、両面酸化され、100結晶方位を有する4インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で15min洗浄し、イソプロパノール超音波で5min洗浄し、そして、脱イオン水で5min洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、スクリーン印刷という方式で、ウェハに印刷し、120℃で10min乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、1000℃で30min焼結し、10umの厚さを有する緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式で、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを0.2umになるように制御する。
Example 1
A 4-inch single-crystal silicon wafer that is double-sided polished, double-sided oxidized, and has 100 crystal orientations is provided, washed with acetone ultrasound for 15 min, washed with isopropanol ultrasonic for 5 min, and washed with deionized water for 5 min, nitrogen gas. Blow dry with, select a ceramic powder with appropriate specifications, add an organic carrier, arrange it so that it becomes a ceramic slurry, print it on a wafer by a method called screen printing, dry it at 120 ° C for 10 minutes, and dry it. The wafer is placed in a muffle furnace and sintered at 1000 ° C for 30 minutes to obtain a dense and hard ceramic film with a thickness of 10 um, and the surface of the ceramic film is treated by a method called polishing and polishing to make ceramic. The roughness of the surface of the film is controlled to be 0.2 um.

スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が300um×300umである蛇形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、120℃で5min乾燥し、850℃で15min焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが100nmになり、基板の裏面でポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、100℃で5min乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが10umで、長さと幅が500um×500umである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチングという技術により、非保護の領域の二酸化ケイ素を除去し、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去し、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が1.0mm×1.0mmであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。 A serpentine heating resistance array and a heating electrode array with a length and width of 300um × 300um are printed on a ceramic film by a method called screen printing, dried at 120 ° C for 5 min, sintered at 850 ° C for 15 min, and heated electrodes. By obtaining the heating resistance and polishing the heating electrode and the heating resistance, the surface roughness of the heating electrode and the heating resistance becomes 100 nm, and the positive photoresist is spun on the back surface of the substrate. It was coated, dried at 100 ° C. for 5 min, and subjected to patterning exposure and patterning development to obtain a region of 10 um in thickness, 500 um x 500 um in length and width, not protected by a photoresist, and reactive ions. A technique called etching removes silicon dioxide in unprotected areas, and a deep silicon etching technique etches and removes silicon that is not protected by a photoresist to form an adiabatic air cavity to obtain a ceramic-based microhot plate. A ceramic-based microhot plate chip having a length and width of 1.0 mm × 1.0 mm is obtained by a cutting technique.

実施例2
両面つや出し、両面酸化されていなく、100結晶方位を有する6インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で10min洗浄し、イソプロパノール超音波で10min洗浄し、そして、脱イオン水で5min洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加し、セラミックスラリーを配置し、流延という方式でセラミックスラリーをウェハに成膜させ、150℃で10min乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、1000℃で30min焼結し、20umの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを0.2umになるように制御する。
Example 2
A 6-inch single-crystal silicon wafer that is double-sided polished, non-oxidized, and has a 100 crystal orientation is provided, washed with acetone ultrasound for 10 min, isopropanol ultrasonically for 10 min, and washed with deionized water for 5 min. Blow dry with nitrogen gas, select a ceramic powder with appropriate specifications, add an organic carrier, place the ceramic slurry, deposit the ceramic slurry on the wafer by a method called casting, and dry it at 150 ° C for 10 minutes. The dried wafer is placed in a muffle furnace and sintered at 1000 ° C. for 30 minutes to obtain a dense and hard ceramic film having a thickness of 20 um, and the surface of the ceramic film is treated by a method called polishing and polishing. By doing so, the roughness of the surface of the ceramic film is controlled to be 0.2 um.

スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が400um×400umである可変線幅の蛇形加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、130℃で5min乾燥し、900℃で30min焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが50nmになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、100℃で5min乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが15umで、長さと幅が500um×500umである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が1.0mm×1.0mmであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。 A variable line width serpentine heating resistance array and a heating electrode array with a length and width of 400 um x 400 um are printed on a ceramic film by a method called screen printing, dried at 130 ° C for 5 min, and sintered at 900 ° C for 30 min. By obtaining the heating electrode and the heating resistance and performing a polishing treatment on the heating electrode and the heating resistance, the surface roughness of the heating electrode and the heating resistance becomes 50 nm, and a positive photoresist is formed on the back surface of the substrate. Spin-coated, dried at 100 ° C. for 5 min, patterned exposure and patterning development to obtain a photoresist-unprotected region of 15 um thickness, 500 um x 500 um length and width, reactive. Ion etching technology removes silicon dioxide in unprotected areas, and deep silicon etching technology etches and removes silicon that is not protected by photoresists to form adiabatic air cavities and ceramic-based microhot plates. To obtain a ceramic-based microhot plate chip having a length and width of 1.0 mm × 1.0 mm by a cutting technique.

実施例3
両面つや出し、片面酸化されており、100結晶方位を有する2インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で10min洗浄し、イソプロパノール超音波で10min洗浄し、そして、脱イオン水で5min洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、ナイフ塗布という方式で、セラミックスラリーをウェハの酸化されていない一面に成膜させ、100℃で10min乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、1200℃で30min焼結し、6umの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを0.1umになるように制御する。
Example 3
A 2-inch single-ceramic silicon wafer that is double-sided polished, single-sided oxidized, and has a 100 crystal orientation is provided, washed with acetone ultrasound for 10 min, with isopropanol ultrasound for 10 min, and washed with deionized water for 5 min. Blow dry with nitrogen gas, select a ceramic powder with appropriate specifications, add an organic carrier, arrange it so that it becomes a ceramic slurry, and apply a knife to form the ceramic slurry on the unoxidized side of the wafer. A method of filming, drying at 100 ° C for 10 min, placing the dried wafer in a muffle furnace, sintering at 1200 ° C for 30 min, obtaining a dense and hard ceramic film with a thickness of 6 um, and polishing and polishing. By treating the surface of the ceramic film, the roughness of the surface of the ceramic film is controlled to be 0.1 um.

スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が500um×500umである蚊香形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、150℃で5min乾燥し、1000℃で10min焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが10nmになり、基板の裏面にネガ型フォトレジストをスピンコーティングし、150℃で5min乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが25umで、長さと幅が700um×700umである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が1.0mm×1.0mmであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。 A mosquito-scent-shaped heating resistance array and a heating electrode array with a length and width of 500um × 500um are printed on a ceramic film by a method called screen printing, dried at 150 ° C for 5 min, sintered at 1000 ° C for 10 min, and heated electrodes. By obtaining the heating resistance and polishing the heating electrode and the heating resistance, the surface roughness of the heating electrode and the heating resistance becomes 10 nm, and a negative photoresist is spun on the back surface of the substrate. It was coated, dried at 150 ° C. for 5 min, and subjected to patterning exposure and patterning development to obtain a region of 25 um in thickness, 700 um x 700 um in length and width, not protected by a photoresist, and reactive ions. Etching technology removes silicon dioxide in unprotected areas, and deep silicon etching technology etches and removes silicon that is not protected by photoresists to form insulated air cavities and create ceramic-based microhot plates. The cutting technique is used to obtain a ceramic-based microhot plate chip having a length and width of 1.0 mm × 1.0 mm.

実施例4
両面つや出し、両面酸化されており、100結晶方位を有する8インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で10min洗浄し、イソプロパノール超音波で5min洗浄し、そして、脱イオン水で5min洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、スクリーン印刷という方式で、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、150℃で10min乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、1200℃で60min焼結し、8umの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを0.5umに制御する。
Example 4
An 8-inch single-crystal silicon wafer that is double-sided polished, double-sided oxidized, and has 100 crystal orientations is provided, washed with acetone ultrasound for 10 min, isopropanol ultrasound for 5 min, and deionized water for 5 min. Blow dry with nitrogen gas, select a ceramic powder with appropriate specifications, add an organic carrier, arrange it so that it becomes a ceramic slurry, and form a ceramic slurry on a wafer by a method called screen printing, and at 150 ° C. After drying for 10 min, the dried wafer is placed in a muffle furnace and sintered at 1200 ° C. for 60 min to obtain a dense and hard ceramic film with a thickness of 8 um, and the surface of the ceramic film is polished and polished. By treating the above, the roughness of the surface of the ceramic film is controlled to 0.5 um.

スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が500um×500umである異形状の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、150℃で5min乾燥し、1100℃で10min焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが100nmになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、150℃で5min乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが10umであり、長さと幅が800um×800umである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が1.5mm×1.5mmであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。 By a method called screen printing, an irregularly shaped heating resistance array and heating electrode array with a length and width of 500um × 500um are printed on a ceramic film, dried at 150 ° C for 5 min, sintered at 1100 ° C for 10 min, and heated electrodes. By obtaining the heating resistance and polishing the heating electrode and the heating resistance, the surface roughness of the heating electrode and the heating resistance becomes 100 nm, and the positive photoresist is spun on the back surface of the substrate. It was coated, dried at 150 ° C. for 5 min, and subjected to patterning exposure and patterning development to obtain a region of 10 um in thickness, 800 um × 800 um in length and width, not protected by a photoresist, and was reactive. Ion etching technology removes silicon dioxide in unprotected areas, and deep silicon etching technology etches and removes silicon that is not protected by photoresists to form adiabatic air cavities and ceramic-based microhot plates. To obtain a ceramic-based microhot plate chip having a length and width of 1.5 mm × 1.5 mm by a cutting technique.

実施例5
両面つや出し、両面酸化されていなく、100結晶方位を有する12インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で10min洗浄し、イソプロパノール超音波で5min洗浄し、そして、脱イオン水で5min洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーを配置し、ウェハ円心を中心として、互いに間隔を持った4つの象限領域に分けられ、凹版印刷という方式により、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、150℃で10min乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、1300℃で20min焼結し、25umの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを0.5umに制御する。
Example 5
A 12-inch single-crystal silicon wafer that is double-sided polished, non-oxidized, and has a 100 crystal orientation is provided, washed with acetone ultrasound for 10 min, with isopropanol ultrasonic for 5 min, and washed with deionized water for 5 min. It is blown dry with nitrogen gas, a ceramic powder with appropriate specifications is selected, an organic carrier is added, a ceramic slurry is placed, and it is divided into four quadrant regions spaced apart from each other around the center of the wafer circle, and is a concave plate. A ceramic slurry is formed on a wafer by a method called printing, dried at 150 ° C. for 10 min, and the dried wafer is placed in a muffle furnace and sintered at 1300 ° C. for 20 min. By obtaining a hard ceramic film and treating the surface of the ceramic film by a method called polishing and polishing, the roughness of the surface of the ceramic film is controlled to 0.5 um.

スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が300um×300umである正方形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、130℃で5min乾燥し、800℃で60min焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが100nmになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、150℃で5min乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが12umであり、長さと幅が600um×600umである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチングすることで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が1.5mm×1.5mmであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。 A square heating resistance array and a heating electrode array with a length and width of 300um × 300um are printed on a ceramic film by a method called screen printing, dried at 130 ° C for 5 min, sintered at 800 ° C for 60 min, and used as a heating electrode. By obtaining the heating resistance and performing a polishing treatment on the heating electrode and the heating resistance, the surface roughness of the heating electrode and the heating resistance becomes 100 nm, and the back surface of the substrate is spin-coated with a positive photoresist. Drying at 150 ° C. for 5 min, patterning exposure and patterning development were performed to obtain a region having a thickness of 12 um and a length and width of 600 um × 600 um, which was not protected by a photoresist, and a reactive ion etching technique. By removing silicon dioxide in unprotected areas and etching unprotected silicon by photoresist by deep silicon etching technology, an insulating air cavity is formed and a ceramic-based microhot plate is obtained. The cutting technique yields a ceramic-based microhot plate chip measuring 1.5 mm × 1.5 mm in length and width.

実施例6
両面つや出し、両面酸化されており、111結晶方位を有する10インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で10min洗浄し、イソプロパノール超音波で5min洗浄し、そして、脱イオン水で5min洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、ウェハの円心を中心として、互いに間隔を持った16個の領域に分けられ、スクリーン印刷という方式で、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、150℃で10min乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、1100℃で20min焼結し、15umの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを0.8umに制御する。
Example 6
A 10-inch single-crystal silicon wafer that is double-sided polished, double-sided oxidized, and has a 111 crystal orientation is provided, washed with acetone ultrasound for 10 min, with isopropanol ultrasonic for 5 min, and washed with deionized water for 5 min. It is blown dry with nitrogen gas, a ceramic powder with appropriate specifications is selected, an organic carrier is added, and the ceramic slurry is arranged so as to form a ceramic slurry. The ceramic slurry is formed on a wafer by a method called screen printing, dried at 150 ° C for 10 min, and the dried wafer is placed in a muffle furnace and sintered at 1100 ° C for 20 min to have a thickness of 15 um. Then, a dense and hard ceramic film is obtained, and the surface of the ceramic film is treated by a method called polishing and polishing to control the roughness of the surface of the ceramic film to 0.8 um.

スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が500um×400umである長方形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、150℃で5min乾燥し、850℃で60min焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが100nmになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、150℃で5min乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが8umであり、長さと幅が600um×600umであり、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が1.2mm×1.2mmであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。 A rectangular heating resistance array and heating electrode array with a length and width of 500um x 400um are printed on a ceramic film by a method called screen printing, dried at 150 ° C for 5 min, sintered at 850 ° C for 60 min, and used as a heating electrode. By obtaining the heating resistance and polishing the heating electrode and the heating resistance, the surface roughness of the heating electrode and the heating resistance becomes 100 nm, and the positive photoresist is spin-coated on the back surface of the substrate. Then, it was dried at 150 ° C. for 5 min, and subjected to patterning exposure and patterning development to obtain a region having a thickness of 8 um, a length and a width of 600 um × 600 um, and not protected by a photoresist, and reactive ions were obtained. Etching technology removes silicon dioxide in unprotected areas, and deep silicon etching technology etches and removes silicon that is not protected by photoresists to form insulated air cavities and create ceramic-based microhot plates. The cutting technique is used to obtain a ceramic-based microhot plate chip having a length and width of 1.2 mm × 1.2 mm.

前記記載から分かるように、本発明の実施例に記載の製造方法は、前記実施例に記載のセラミックベースマイクロホットプレートの製造に適用され、高価な物理気相堆積機器及び化学気相堆積機器を必要とせず、低コストの厚膜印刷工程、乾燥工程及び焼結工程を介してセラミック膜及び加熱層を形成でき、製造コストが低くて、耐高温の加熱層を形成でき、製品の安定性及び確実性を向上する。 As can be seen from the above description, the manufacturing method described in the embodiment of the present invention is applied to the manufacturing of the ceramic-based microhot plate described in the above embodiment, and expensive physical vapor deposition equipment and chemical vapor deposition equipment are used. It is not necessary, the ceramic film and the heating layer can be formed through the low cost thick film printing process, the drying process and the sintering process, the manufacturing cost is low, the high temperature resistant heating layer can be formed, the stability of the product and the product stability. Improve certainty.

本明細書の各実施例に対して、漸進という方式で記載し、各実施例は、主に他の実施例との相違点を説明し、各実施例の間の同様または類似の部分について、互いに参照すればよい。実施例が開示した製造方法にとって、実施例が開示したセラミックベースマイクロホットプレートに対応するから、記載は比較的に簡単で、関するところは、セラミックベースマイクロホットプレートの対応する部分の説明を参照すればよい。 Each embodiment of the specification is described in a gradual manner, each embodiment primarily illustrating differences from other embodiments, with respect to similar or similar parts between the respective embodiments. You can refer to each other. For the manufacturing method disclosed in the examples, the description is relatively simple because it corresponds to the ceramic-based micro hot plate disclosed in the examples. Just do it.

開示した実施例に対する前記説明により、当業者は、本発明を実現または利用できる。これらの実施例に対する多種の補正は、当業者にとって自明であり、本明細書が定義した一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱しない場合、他の実施例で実現されることができる。従って、本発明は本明細書が開示したこれらの実施例に限定されず、本明細書が開示した原理及び新規特点と一致する、最も広い範囲に合う。 Those skilled in the art can realize or utilize the present invention by the above description with respect to the disclosed examples. Various amendments to these embodiments are self-evident to those of skill in the art, and the general principles defined herein may be realized in other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. can. Accordingly, the invention is not limited to these embodiments disclosed herein, but fits the broadest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

Claims (22)

前記セラミックベースマイクロホットプレートであって、
対向する第1表面と第2表面とを有するシリコン基板であって、前記第1表面が中心加熱領域と周辺支持領域とを有し、前記中心加熱領域が前記第1表面及び前記第2表面を貫通する空気断熱室を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の第1表面に設けられたセラミック膜と、
前記セラミック膜の、シリコン基板から離反した側の表面に設けられており、電気接続された加熱電極と加熱抵抗とを有する加熱層であって、前記加熱抵抗が前記中心加熱領域にある加熱層と、を備え、
前記セラミック膜は前記シリコン基板の表面に形成された所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は前記セラミック膜の表面に形成された所定の導電スラリーから焼結されることで形成されることを特徴とするセラミックベースマイクロホットプレート。
The ceramic-based micro hot plate
A silicon substrate having a first surface and a second surface facing each other, the first surface having a central heating region and a peripheral support region, and the central heating region covering the first surface and the second surface. A silicon substrate with an air insulation chamber that penetrates,
A ceramic film provided on the first surface of the silicon substrate and
A heating layer provided on the surface of the ceramic film on the side separated from the silicon substrate and having a heating electrode electrically connected and a heating resistance, wherein the heating resistance is a heating layer in the central heating region. , Equipped with
The ceramic film is formed by sintering from a predetermined ceramic slurry formed on the surface of the silicon substrate, and the heating layer is sintered from a predetermined conductive slurry formed on the surface of the ceramic film. A ceramic-based micro hot plate characterized by being formed in.
前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない単結晶シリコンウェハであり、前記単結晶シリコンウェハの結晶方位は100または111であり、
または、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない多結晶シリコンウェハであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
The silicon substrate is a single crystal silicon wafer that is double-sided oxidized, single-sided oxidized, or not oxidized, and the crystal orientation of the single crystal silicon wafer is 100 or 111.
The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the silicon substrate is a polycrystalline silicon wafer that is double-sided oxidized, single-sided oxidized, or not oxidized.
前記シリコン基板の厚さは、端点値が含まれているように、50μm~700μmであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the thickness of the silicon substrate is 50 μm to 700 μm so as to include the endpoint value. 前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料であり、
または、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系であり、
または、前記セラミックスラリーは単相セラミックであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
The ceramic slurry is a glass-ceramic-based mixed material.
Alternatively, the ceramic slurry is a microcrystalline glass-based material.
The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the ceramic slurry is a single-phase ceramic.
前記セラミック膜の厚さは、端点値が含まれているように、1μm~50μmであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the thickness of the ceramic film is 1 μm to 50 μm so as to include an endpoint value. 前記セラミック膜の抵抗率は1013Ω・cmより大きいことを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the resistivity of the ceramic film is larger than 10 13 Ω · cm. 前記セラミック膜の熱膨張係数は、端点値が含まれているように、0.5×10-6/℃~10×10-6/℃であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic according to claim 1, wherein the coefficient of thermal expansion of the ceramic film is 0.5 × 10 -6 / ° C to 10 × 10 -6 / ° C so as to include the endpoint value. Base micro hot plate. 前記セラミック膜の誘電率は、端点値が含まれているように、3~10であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the ceramic film has a dielectric constant of 3 to 10 so as to include an endpoint value. 前記セラミック膜の熱伝導率は、端点値が含まれているように、0.5W/(m・K)~10W/(m・K)であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic according to claim 1, wherein the ceramic film has a thermal conductivity of 0.5 W / (m · K) to 10 W / (m · K) so as to include an endpoint value. Base micro hot plate. 前記セラミック膜の応力は、端点値が含まれているように、100MPa~1000MPaであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the stress of the ceramic film is 100 MPa to 1000 MPa so as to include the endpoint value. 前記セラミック膜は、前記セラミック膜の粗さが端点値を含むように0.5nm~1μmになるように、つや出し処理することを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the ceramic film is polished so that the roughness of the ceramic film is 0.5 nm to 1 μm so as to include an end point value. 前記セラミック膜は前記第1表面の全部または一部を覆うことを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the ceramic film covers all or a part of the first surface. 前記セラミックベースマイクロホットプレートは、セラミックスラリー及び厚さが異なる多層の前記セラミック膜を有することを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the ceramic-based micro hot plate has a ceramic slurry and a multilayer of ceramic films having different thicknesses. 前記セラミックスラリーがガラス及びセラミック系の混合材料である場合、前記セラミックスラリーにおいて、セラミック相材料は酸化アルミニウムセラミック、酸化マグネシウムセラミック、酸化ベリリウムセラミック、酸化ジルコニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、窒化ケイ素セラミック、窒化ホウ素セラミック、窒化チタンセラミック、炭化ケイ素セラミック、炭化チタンセラミック、炭化ホウ素セラミックのうちの1つまたは複数を有し、ガラス相材料は多種の無機鉱物を主原料として、補助原料を添加することで製造された不規則な構成の非晶質固体であり、セラミック相材料の結晶粒をガラス相材料の無定形のメッシュに溶かして前記セラミック膜を形成することを特徴とする請求項4に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 When the ceramic slurry is a mixed material of glass and ceramic, in the ceramic slurry, the ceramic phase material is aluminum oxide ceramic, magnesium oxide ceramic, beryllium oxide ceramic, zirconium oxide ceramic, aluminum nitride ceramic, silicon nitride ceramic, boron nitride. It has one or more of ceramic, titanium nitride ceramic, silicon carbide ceramic, titanium carbide ceramic, and boron carbide ceramic, and the glass phase material is manufactured by using various inorganic minerals as the main raw material and adding auxiliary raw materials. The ceramic base according to claim 4, wherein the ceramic base is an amorphous solid having an irregular structure, and the crystal grains of the ceramic phase material are melted in an amorphous mesh of the glass phase material to form the ceramic film. Micro hot plate. 前記セラミックスラリーが微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラスはベースガラスから加熱処理されることで形成され、結晶方位とガラス相とを同時に有する固体複合材料であり、
前記ベースガラスは複数組の酸化物を有し、所定条件で、前記ベースガラスの一部は規則的に配列されるように形成され、ガラス相において、微結晶ガラス相が形成されることを特徴とする請求項4に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
When the ceramic slurry is a microcrystalline glass type, in the ceramic slurry, the microcrystalline glass is formed by heat treatment from the base glass, and is a solid composite material having a crystal orientation and a glass phase at the same time.
The base glass has a plurality of sets of oxides, and under predetermined conditions, a part of the base glass is formed so as to be regularly arranged, and a microcrystalline glass phase is formed in the glass phase. The ceramic-based micro hot plate according to claim 4.
前記ベースガラスはケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、フルオロケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラスのうちの1つまたは複数を有することを特徴とする請求項15に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The claim is characterized in that the base glass has one or more of a silicate glass, an aluminosilicate glass, a borate glass, a borosilicate glass, a fluorosilicate glass, and a phosphate glass. 15. The ceramic-based microhot plate according to 15. 前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラス相はMgO-Al-SiOコージエライト系、LiO-Al-SiOリシア輝石系、LiO-ZnO-Al-SiOリシア輝石系、BaO-Al-SiOセルシアン系、BaO-Al-SiO-TiOセルシアン系、CaO-Al-SiO灰長石系、CaO-B-SiOカルシウムボロンケイガラス系、LiO-ZnO-MgO-Al-SiOβ石英系、F-KO-NaO-CaO-SiOカナサイト系、F-X-MgO-SiOフッ素角閃石系、F-X-MgO-Al-SiOフッ素雲母系、P-LiO-SiO珪酸リチウム系のうちのいずれか1つまたは複数を有することを特徴とする請求項15に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 In the ceramic slurry, the microcrystalline glass phase is MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 cordierite type, Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 lysia pyrophyllate type, Li 2 O-ZnO-Al 2 O 3 -SiO 2 Lithia bright stone system, BaO-Al 2 O 3-SiO 2 celsian system, BaO-Al 2 O 3 -SiO 2 - TiO 2 celsian system, CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 ash long stone system, CaO-B 2 O 3 -SiO 2 Calcium Boronkei Glass-based, Li 2 O-ZnO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 β-Ceramic, FK 2 O-Na 2 O-CaO-SiO 2 Canasite, FX- One or more of MgO-SiO 2 fluorine horn flash, FX-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 fluorine mica, P 2 O 5 -Li 2 O-SiO 2 lithium silicate The ceramic-based micro hot plate according to claim 15, wherein the ceramic-based micro hot plate is provided. 前記セラミックスラリーが単相セラミックである場合、前記セラミックスラリーにおいて、単相セラミックはホウ酸バリウムスズセラミックまたはホウ酸ジルコニウムバリウムセラミックであることを特徴とする請求項4に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。 The ceramic-based microhot plate according to claim 4, wherein when the ceramic slurry is a single-phase ceramic, the single-phase ceramic is barium barium borate ceramic or zirconium borate barium ceramic in the ceramic slurry. 前記加熱電極の厚さは、端点値が含まれているように、0.5um~50umであり、
前記加熱電極の材料はPt、Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Ag/Pd合金及びPt/Au合金のうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
The thickness of the heating electrode is 0.5 um to 50 um so as to include the endpoint value.
The ceramic according to claim 1, wherein the material of the heating electrode is any one of Pt, Au, Ag, Cu, Al, Ni, W, Ag / Pd alloy and Pt / Au alloy. Base micro hot plate.
前記加熱抵抗の厚さは、端点値が含まれているように、0.5um~50umであり、
前記加熱抵抗は導電膜層のパターニング処理により形成された所定形状の抵抗配線であり、
前記加熱抵抗の材料は、Pt、Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Mo、Ni/Cr合金、Mo/Mn合金、Cu/Zn合金、Ag/Pd合金、Pt/Au合金、Fe/Co合金、RuO及びSnO:Sbのうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
The thickness of the heating resistance is 0.5 um to 50 um so as to include the endpoint value.
The heating resistance is a resistance wiring having a predetermined shape formed by the patterning process of the conductive film layer.
The materials for the heating resistance are Pt, Au, Ag, Cu, Al, Ni, W, Mo, Ni / Cr alloy, Mo / Mn alloy, Cu / Zn alloy, Ag / Pd alloy, Pt / Au alloy, Fe /. The ceramic-based micro hot plate according to claim 1, wherein the alloy is one of Co alloy, RuO 2 and SnO 2 : Sb 2 O 3 .
請求項1~20のいずれか1項に記載のセラミックベースマイクロホットプレートを製造するための、セラミックベースマイクロホットプレートの製造方法であって、前記製造方法は、
対向する第1表面と第2表面とを有するシリコン基板を提供するステップであって、前記第1表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有するステップと、
前記第1表面に所定のセラミックスラリーの膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記第1表面に付着されるセラミック膜を形成するステップと、
前記セラミック膜の表面に、所定の導電スラリーの導電膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記セラミック膜の表面に付着される加熱層を形成するステップと、
前記第2表面をエッチングして、前記中心加熱領域に対応するように、前記第1表面及び前記第2表面を貫通する空気断熱室を形成するステップと、を有することを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing a ceramic-based micro hot plate for manufacturing the ceramic-based micro hot plate according to any one of claims 1 to 20, wherein the manufacturing method is a method for manufacturing the ceramic-based micro hot plate.
A step of providing a silicon substrate having a first surface and a second surface facing each other, wherein the first surface has a central heating region and a peripheral support region.
A step of forming a film layer of a predetermined ceramic slurry on the first surface,
A step of forming a ceramic film attached to the first surface through a drying step and a sintering step in order, and a step of forming the ceramic film.
A step of forming a conductive film layer of a predetermined conductive slurry on the surface of the ceramic film,
A step of forming a heating layer attached to the surface of the ceramic film through a drying step and a sintering step in order, and a step of forming a heating layer.
A manufacturing method comprising: etching the second surface to form an air insulating chamber penetrating the first surface and the second surface so as to correspond to the central heating region.
乾燥際の工程温度は、端点値が含まれているように、40℃~200℃であり、
焼結際の工程温度は、端点値が含まれているように、500℃~1400℃であることを特徴とする請求項21に記載の製造方法。
The process temperature during drying is 40 ° C. to 200 ° C., so that the endpoint value is included.
The manufacturing method according to claim 21, wherein the process temperature at the time of sintering is 500 ° C. to 1400 ° C. so as to include the endpoint value.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112408311A (en) * 2020-12-02 2021-02-26 苏州麦茂思传感技术有限公司 Ceramic cantilever beam type MEMS micro-hot plate and manufacturing method thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09264862A (en) * 1996-03-29 1997-10-07 Yazaki Corp Microheater and co sensor
JP2002174617A (en) * 2000-12-07 2002-06-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gas sensor
JP2005149751A (en) * 2003-11-11 2005-06-09 Olympus Corp Heater element
JP2008238090A (en) * 2007-03-28 2008-10-09 Kyocera Corp Microflow channel body
WO2009078370A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
JP2010204029A (en) * 2009-03-05 2010-09-16 Kobe Steel Ltd Hollow structure element
JP2017219441A (en) * 2016-06-08 2017-12-14 Nissha株式会社 Mems gas sensor, mems gas sensor mounting body, mems gas sensor package, mems gas sensor assembly, and manufacturing method of mems gas sensor
US20180038816A1 (en) * 2016-08-05 2018-02-08 National Applied Research Laboratories Miniature gas sensor and method for manufacturing the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100917792B1 (en) * 2007-07-06 2009-09-24 전자부품연구원 Fabricating method for Micro Heater Having Reflection Thin Film and the same
CN104165902B (en) * 2014-07-18 2017-01-18 苏州能斯达电子科技有限公司 MEMS gas sensor with heat insulation groove and processing method thereof
CN204873818U (en) * 2015-05-05 2015-12-16 广州大学 Little spring cantilever beam is from taking little heater of soaking board
CN106744652B (en) * 2017-02-10 2019-04-30 苏州甫一电子科技有限公司 The micro- heating chip of the MEMS of composite construction and its manufacturing method and application
CN208440276U (en) * 2018-06-29 2019-01-29 上海汽车集团股份有限公司 A kind of ceramic base micro-hotplate

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09264862A (en) * 1996-03-29 1997-10-07 Yazaki Corp Microheater and co sensor
JP2002174617A (en) * 2000-12-07 2002-06-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gas sensor
JP2005149751A (en) * 2003-11-11 2005-06-09 Olympus Corp Heater element
JP2008238090A (en) * 2007-03-28 2008-10-09 Kyocera Corp Microflow channel body
WO2009078370A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
JP2010204029A (en) * 2009-03-05 2010-09-16 Kobe Steel Ltd Hollow structure element
JP2017219441A (en) * 2016-06-08 2017-12-14 Nissha株式会社 Mems gas sensor, mems gas sensor mounting body, mems gas sensor package, mems gas sensor assembly, and manufacturing method of mems gas sensor
US20180038816A1 (en) * 2016-08-05 2018-02-08 National Applied Research Laboratories Miniature gas sensor and method for manufacturing the same

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