盘点聚酰亚胺在MEMS工艺中所扮演的"角色"

聚酰亚胺（PI）是一种高分子材料，具有耐高温、抗辐射、耐腐蚀、化学稳定性好等优点，它可以像光刻胶一样采用旋涂的方法涂布在硅片表面上。在聚酰亚胺的主链上具有苯环和酰亚胺环，它能在 200℃～280℃下稳定工作，其玻璃化温度较高，为235℃以上。聚酰亚胺又分为可溶性与不可溶性两种，不可溶性聚酰亚胺可作为衬底、钝化层及绝缘层，可溶性聚酰亚胺可以光刻，适合做 MEMS 器件制备的图形，即作为牺牲层使用。

衬底

聚酰亚胺作为衬底大部分是采用PI干膜，主要应用场景可分为生物传感器和流量传感器。基于PI的微电极阵列显示出良好的生物相容性和适宜的阻抗特性，可用于视网膜刺激。常用的PI衬底厚度范围为25μm~1mm，根据不同的应用选择不同厚度的衬底，厚度越薄柔性越好。由于聚酰亚胺具有比硅材料低一个数量级的导热系数，所以采用PI干膜作为流量传感器基底，可以避免使用硅基底必须的硅片背后刻蚀空腔工艺。聚酰亚胺作为基底时基底的厚度会对传感器性能有所影响，基底厚度越厚机械性能越好，但是作为流量传感器的基底，响应时间越慢。

光刻胶

光敏性聚酰亚胺兼有光刻胶和介电绝缘层的功能。光敏聚酰亚胺不需要借助其他光刻胶就能实现其图案化，节约了材料成本，显著缩短了微纳制造工艺流程，提高了光刻图形精度和成品率。光敏聚酰亚胺可分为正性光敏剂酰亚胺和负性光敏聚酰亚胺。前者是紫外辐照区域在显影剂中溶解，后者是辐照区域交联固化不再溶于显影剂。

牺牲层

牺牲层技术作为MEMS表面技术，是微纳制造工艺重要的组成部分。牺牲层工艺使悬空结构，如悬臂梁、横梁、微流道、孔穴、微接头、连杆、曲柄、齿轮、齿条等的制造有了实现的可能性。这些微机械结构加以整合，可发展成智能微传感器或微执行器，如微马达、梳状静电致动器、光调变器、加速度计、红外线影像感测器、光学扫描器等。

牺牲层结构需满足二个基本条件：一是它必须与结构层的材料沉积工艺条件兼容；二是相对于结构层材料，牺牲层材料必须是可选择性去除。

可溶性PI作为牺牲层材料时有以下一些优点：①粘度高，容易制得高厚度的牺牲层；②具有较好的流动性，使得牺牲层表面更易于平坦化，有利于制作平整的结构；③具有高的耐热性能，使其更容易与其他MEMS工艺相兼容；④对酸碱稳定，耐腐蚀且不溶于丙酮、乙醇等多数有机溶剂。

牺牲层的释放可以采用湿法工艺和干法工艺。湿法工艺腐蚀具有很高的选择比，但时间过长会损伤衬底电路或其他层材料。此外湿法腐蚀容易造成粘连的现象，腐蚀液或者去离子水的引入容易引起很大的表面张力，将结构层和衬底粘附在一起，从而造成器件的失效。

干法工艺采用氧离子干法刻蚀。该方法控制方便且支撑层和结构层几乎没有损伤，且具有分辨率高、无钻蚀、线条深度及线宽精度可控性好、刻蚀速率快等特点。其工作原理是在真空系统中通入少量氧气，加高电压使氧气电离，从而形成氧等离子的辉光柱，氧等离子可以迅速将聚酰亚胺氧化并生成可挥发性气体，从而实现刻蚀。采用等离子刻蚀的方法释放牺牲层，刻蚀时间不易过长，现有工艺会采用间隔刻蚀和水冷系统相结合，降低刻蚀过程中产生的温度而影响膜桥的平整性。

湿度敏感层

聚酷亚胺感湿机理为:它在干燥情况下的介电常数很小只有 2.9，水分子介电常数则大得多，水作为极性电介质，在常温下介电常数可以达到 80，当空气湿度从干燥情况转变为潮湿状态，聚酷亚胺就会因为吸附的水分子量增多介电常数增大。尤其是它用作感湿材料时，湿敏元件线性度好、相对稳定可靠、湿度量程范围广，还能与 MEMS 工艺兼容。启芯微纳拆解了部分湿度传感器的器件，可联系我们咨询详细内容。

最后，我们总结了聚酰亚胺的材料特性，关注并发送"PI"即可获取。