專利名稱：聲體波壓電薄膜換能器雙面光刻制作方法
技術領域：
本發明涉及聲體波微波延遲線的核心部件-壓電薄膜換能器，具體指在傳聲介質
的兩端制作壓電薄膜換能器的工藝方法。
背景技術：
聲體波微波延遲線的核心部分是壓電薄膜換能器。根據位置不同，壓電薄膜換能
器分為輸入換能器和輸出換能器，兩者結構完全一樣，位于傳聲介質(晶體)兩端對稱位
置，位于傳聲介質輸入端的為輸入換能器，位于傳聲介質輸出端的為輸出換能器。 根據設計的換能器各層電極膜圖形和要求，制作相應的光掩膜版。底電極是由在
晶體的兩端上鍍金屬鉻、金形成，通過底電極光刻版實現金屬鉻、金層光刻，形成與設計一
致的底電極圖形。底電極圖形與光刻的壓電膜和上電極圖形構成壓電薄膜換能器。輸入薄
膜換能器通過逆壓電效應將電信號轉變為聲信號并在傳聲介質中傳播，當聲信號到達輸出
薄膜換能器時，再通過壓電效應將聲信號轉變為電信號，由于聲信號的傳播速度比電信號
要慢104量級，因此可在較短的聲傳播路徑內獲得較長的延時。 換能器的頻率響應由各層薄膜的厚度共同決定；光刻的底電極和上電極圖形重疊區域確定換能器的聲傳播孔徑，而換能器的孔徑大小將決定聲體波微波延遲線的插入損耗和三次信號的大小。 在聲體波微波延遲線的制作技術中，要求輸入、輸出換能器位置完全對稱，因此傳聲介質兩端的電極圖形和準直要求非常高。現有電極圖形形成技術是機械掩模技術。機械掩模的原理是根據換能器電極的設計圖形，制作電極圖形的機械掩模；先將傳聲介質安裝到固定夾具上，再通過人工對準機械掩模，將電極掩模固定在固定夾具上，通過蒸發或濺射實現電極圖形。機械掩模制作圖形不規范，精度差，如果圉形設計尺寸小于0. lmm，機械掩模的制作都存在問題。同時掩模與夾具固定依賴人工經驗定位，定位精度差，制作的電極圖形準直精度差，導致聲體波微波延遲線的插入損耗和三次抑制超差，產品成品率低。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種制作壓電薄膜換能器的工藝方法，本方法可以實現兩端電極圖形一致性好、精度高和傳聲介質尺寸范圍大的壓電薄膜換能器的雙端準直。 本發明的技術方案是這樣實現的 聲體波壓電薄膜換能器雙面光刻制作方法，它包括如下步驟 1)根據設計的底電極、壓電膜和上電極各層的電極圖形，制作底電極雙面光刻掩膜版、套刻用壓電膜和上電極掩膜版。底電極掩膜版為圖形完全相同的兩塊，互為鏡像，在底電極掩膜版上制作有實現兩塊版對準的對準標記； 2)在傳聲介質兩端通過蒸發或濺射方式形成底電極金屬薄膜； 3)通過兩底電極掩膜版在傳聲介質兩端底電極金屬薄膜上雙面光刻底電極圖
3形； 4)在第3)步的傳聲介質兩端濺射壓電薄膜； 5)在第4)步的傳聲介質兩端蒸發或濺射上電極薄膜； 6)在第5)步的傳聲介質兩端通過套刻用壓電膜套刻制作壓電膜圖形； 7)在第6)步的傳聲介質兩端通過上電極掩膜版套刻制作上電極圖形。 本發明提供了一種聲體波微波延遲線壓電薄膜換能器制作的工藝方法。解決了機
械掩模小尺寸圖形無法制版，以及制作圖形不規范，精度差等問題，使掩膜版的精度、電極
圖形的一致性可達到微米量級，傳聲介質尺寸范圍大，可實現2mm 90mm范圍內兩端準直
精度高，準直度可小于5微米。
具體實施例方式
本發明聲體波壓電薄膜換能器雙面光刻制作方法包括如下步驟
1)根據設計的底電極、壓電膜和上電極各層的電極圖形，制作底電極雙面光刻掩膜版、套刻用壓電膜和上電極掩膜版。底電極掩膜版為圖形完全相同的兩塊，互為鏡像，在底電極掩膜版上制作有實現兩塊版對準的對準標記； 2)在傳聲介質兩端通過蒸發或濺射方式形成底電極金屬薄膜； 3)通過兩底電極掩膜版在傳聲介質兩端底電極金屬薄膜上雙面光刻底電極圖
形； 4)在第3)步的傳聲介質兩端濺射壓電薄膜； 5)在第4)步的傳聲介質兩端蒸發或濺射上電極薄膜； 6)在第5)步的傳聲介質兩端通過套刻用壓電膜套刻制作壓電膜圖形； 7)在第6)步的傳聲介質兩端通過上電極掩膜版套刻制作上電極圖形； 其中第3)步的雙面光刻本身為現有技術，在其它領域應用較為成熟。作為一個創
新點，本發明將雙面光刻技術應用在壓電薄膜換能器底電極圖形的制作上，其具體工藝步
驟為 涂膠——堅膜——曝光——顯影——腐蝕——去膠——清洗 曝光過程中為了實現各種長度尺寸傳聲介質兩端圖形高的準直度和光刻圖形精度，本發明采用了高精度雙面光刻設備，它包括固定支架、活動支架和導軌，固定支架固定在導軌下端，活動支架安裝在導軌上位于固定支架上方并可沿導軌上下移動，活動支架沿導軌上下移動是通過伺服系統實現的。將上述兩底電極掩膜版分別安裝在固定支架和活動支架上，固定支架上的掩膜版位于固定支架上表面，圖形面向上；活動支架上的掩膜版位于活動支架的下表面，圖形面向下，上下圖形互為鏡像。曝光過程即在本設備上完成，具體步驟為 (1)掩膜對準_安裝上下底電極掩膜版，使上、下掩膜版通過對準標記對準；
(2)分版_啟動伺服系統，使活動支架移動至導軌最大行程； (3)放工件(傳聲介質)_將工件放在固定支架的掩膜版上，并按對位標記定位； (4)合版-啟動伺服系統，使活動支架向下運行至工件上端面處定位； (5)曝光(雙面)-啟動曝光系統，使工件的上、下兩端的光刻膠同時曝光，實現雙
面準直、圖形轉移；
(6)分版_啟動伺服系統，使活動支架移動至導軌最大行程； (7)取工件_將工件從設備中取出； 另外，第6)步的套刻制作壓電膜圖形也為現有技術，其它的工藝與雙面光刻相同，依次包括涂膠、堅膜、曝光、顯影、腐蝕、去膠和清洗過程。兩者差別在于曝光過程，雙面光刻為兩端同時曝光，而套刻為單面曝光，具體曝光過程為 (1)掩膜安裝_安裝壓電膜掩膜版； (2)放工件(傳聲介質)_將工件放置在工裝支架上定位； (3)對位_將工件上底電極對位標記與壓電膜掩膜版上對位標記對準； (4)合版-啟動伺服系統，使活動支架向下運行至工件上端面處定位； (5)曝光-啟動曝光系統，使工件上端的光刻膠曝光，實現圖形轉移； (6)分版_啟動伺服系統，使掩膜版脫離工件； (7)取工件_將工件從工裝支架中取出； 另一端重復上述過程即可。 上電極套刻與壓電膜套刻相同，只是使用的掩膜版為上電極掩膜版。
權利要求
聲體波壓電薄膜換能器雙面光刻制作方法，其特征在于它包括如下步驟1)根據設計的底電極、壓電膜和上電極各層的電極圖形，制作底電極雙面光刻掩膜版、套刻用壓電膜和上電極掩膜版；底電極掩膜版為圖形完全相同的兩塊，互為鏡像，在底電極掩膜版上制作有實現兩塊版對準的對準標記；2)在傳聲介質兩端通過蒸發或濺射方式形成底電極金屬薄膜；3)通過兩底電極掩膜版在傳聲介質兩端底電極金屬薄膜上雙面光刻底電極圖形；4)在第3)步的傳聲介質兩端濺射壓電薄膜；5)在第4)步的傳聲介質兩端蒸發或濺射上電極薄膜；6)在第5)步的傳聲介質兩端通過壓電膜掩膜版套刻制作壓電膜圖形；7)在第6)步的傳聲介質兩端通過上電極掩膜版套刻制作上電極圖形。
2. 根據權利要求1所述的聲體波壓電薄膜換能器雙面光刻制作方法，其特征在于第3)步具體工藝為涂膠一堅膜一曝光一顯影一腐蝕一去膠一清洗曝光采用的設備包括固定支架、活動支架和導軌，固定支架固定在導軌下端，活動支架安裝在導軌上位于固定支架上方并通過伺服系統可沿導軌上下移動，所述兩底電極掩膜版分別安裝在固定支架和活動支架上，固定支架上的掩膜版位于固定支架上表面，圖形面向上；活動支架上的掩膜版位于活動支架的下表面，圖形面向下，上下圖形互為鏡像；曝光步驟為(1) 掩膜對準-使固定支架和活動支架上的底電極掩膜版通過對準標記對準；(2) 分版-啟動伺服系統，使活動支架移動至導軌最大行程；(3) 放工件-將工件放在固定支架的底電極掩膜版上，并按對位標記定位；(4) 合版-啟動伺服系統，使活動支架向下運行至工件上端面處定位；(5) 曝光-啟動曝光系統，使工件的上、下兩端的光刻膠同時曝光，實現雙面準直、圖形轉移；(6) 分版-啟動伺服系統，使活動支架移動至導軌最大行程；(7) 取工件-將工件從固定支架的底電極掩膜版上取出。
全文摘要
本發明涉及聲體波壓電薄膜換能器雙面光刻制作方法，步驟為1)根據設計的底電極、壓電膜和上電極各層的電極圖形，制作底電極雙面光刻掩膜版、套刻用壓電膜和上電極掩膜版；2)在傳聲介質兩端形成底電極金屬薄膜；3)在底電極金屬薄膜上雙面光刻底電極圖形；4)在傳聲介質兩端濺射壓電薄膜；5)在傳聲介質兩端蒸發或濺射上電極薄膜；6)套刻制作壓電膜圖形；7)套刻制作上電極圖形。本發明解決了機械掩模小尺寸圖形無法制版，以及制作圖形不規范，精度差等問題，使掩膜版的精度、電極圖形的一致性可達到微米量級，傳聲介質尺寸范圍大，可實現2mm～90mm范圍內兩端準直精度高，準直度可小于5微米。
文檔編號G03F7/20GK101771130SQ201010042079
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月15日 優先權日2010年1月15日
發明者于新曉, 周勇, 朱昌安, 李仁揮, 湯勁松, 米佳, 鄭澤漁, 馬晉毅 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所