TWI401975B - 具高分子基震盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法 - Google Patents

具高分子基震盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法 Download PDF

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Description

具高分子基震盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法
本發明關於一種超音波換能器，尤指一種具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法。
超音波，泛指其振動頻率超出人耳所能聽見範圍的音波，高頻的特性使其被廣泛地應用於軍事、醫療、工業等領域，且較常作為檢測用途。超音波檢測技術主要使用一超音波換能器(Ultrasonic Transducer)達成，利用音波的發射與接收進行如位置、速度等物理量之量測。
習知超音波換能器多為壓電式超音波換能器，但由於其感測環境多所受限，故已逐漸由電容式超音波換能器取代。電容式超音波換能器主要利用一固定電極以及一具有可震盪薄膜之電極形成電容式結構，加入交流電壓時可驅動薄膜高頻震動，從而產生超音波。
中華民國專利發明公告第1260940號「高分子基電容式超音波換能器製作方法」中，係提出一種於一次程序中製造出電容式超音波換能器的製程方法，可大幅降低微加工製程時間，並改善傳統電容式超音波換能器製法之加工溫度、高殘餘應力、製程特性不易掌握且高成本的問題。
然而此種製程方法必須於製造過程中先形成金屬犧牲層，再利用濕式蝕刻方式移除該金屬犧牲層以構成振動空腔，而提供蝕刻液流通的孔洞卻不易封孔，使其作為電極之導電層容易受到水氣氧化，故使用環境仍受限於大氣狀態下，無法擴及水中環境，致使該製程方法仍有待進一步解決此問題之方案。
由上述說明可知，習知技術雖有可於一次程序製造電容式超音波換能器之方法，但此種方式存在有透過犧牲層製作空腔結構後，蝕刻孔洞不易封孔的問題，使高分子基電容式超音波換能器之使用範圍受到限制。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，其藉由薄膜黏合方式製作超音波換能器的振動薄膜，不需製作蝕刻孔洞，故不存在蝕刻孔洞不易封孔的問題，使得高分子基電容式超音波換能器應用範圍可擴及水中環境。
欲達上述目的，本發明所採用的技術手段係主要令此具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法包含數道流程：一高分子基薄膜製作流程，係包含步驟：提供一透明基材；於該透明基材上塗佈一高分子材料層；及透過溫度控制持續使該高分子材料層呈現可黏著狀態；一支撐座製作流程，係包含步驟：提供一基板；於該基板上設一下導電層；及於該下導電層上形成支撐座；以及一換能器製作流程，係包含步驟：將前述高分子材料層與前述支撐座壓黏一起；固化鏈結該高分子材料層與支撐座；移除透明基材；及於高分子材料層上形成一上導電層。
透過上述數道流程即可完成電容式超音波換能器的製作，由於本製作方法係透過分別製作高分子基薄膜與支撐座，再藉由黏壓方式結合兩者構成空腔結構，故不需製作蝕刻孔洞，自然不存在有蝕刻孔洞不易封孔的問題。
請參考第一圖所示，本發明具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法係包含一高分子基薄膜製作流程(1)、一支撐座製作流程(2)以及一換能器製作流程(3)等數道流程，其中高分子基薄膜製作流程(1)與支撐座製作流程(2)係各自獨立進行之流程而無先後順序限制。
關於高分子基薄膜製作流程(1)，同時配合第二圖所示，該製作流程係包含下列步驟：提供一透明基材(10)(100)，該透明基材(10)可由選自透明玻璃、矽膠、樹脂、塑膠、聚酯類、光阻劑以及高分子材料等材料擇一所製成；於該透明基材(10)上塗佈一高分子材料層(11)(101)，該高分子材料層(11)之厚度為10μm以下，本實施例中，該高分子材料層(11)係為感光型高分子材料層，可為SU-8光阻劑；及透過溫度控制持續使該高分子材料層(11)呈現可黏著狀態(102)，其中，以控制該高分子材料層(11)溫度介於攝氏60度至100度為較佳，可在未達玻璃轉換溫度之條件下使高分子材料層(11)的溶劑揮發。
關於該支撐座製作流程(2)，請同時配合參考第三圖及第四圖所示，該製作流程係包含下列步驟：提供一基板(20)(200)，本實施例中，該基板(20)可由選自玻璃、矽膠、樹脂、塑膠、聚酯類、光阻劑、高分子材料等所構成之群組中至少一種材料所製成；於該基板(20)上形成一下導電層(21)(201)，該下導電層(21)係由選自金、銅、鋁、鉑、銀、銦錫氧化物等導電材料中擇其一所製成；於該下導電層(21)上形成支撐座(22)(202)，該支撐座(22)可透過感光型高分子材料塗佈微影製程、高分子塗佈壓印或膠框印刷(Screen Printing)等方法形成。關於該換能器製作流程(3)，同時配合參考第五至七圖所示，該製作流程係包含下列步驟：將前述高分子材料層(11)與前述支撐座(22)壓黏一起(300)；固化鏈結該高分子材料層(11)與支撐座(22)(301)，本實施例中，係選用紫外光曝光方式、加熱烘烤方式或者兩方式一起使用以固化鏈結該高分子材料層(11)與支撐座(22)；移除透明基材(10)(302)；於高分子材料層(11)上形成一上導電層(30)(303)，本實施例中，係由選自膠框印刷(Screen Printing)、噴墨(Ink-Jet Printer)、光阻剝落法(Lift-Off)或微影蝕刻技術等方法中擇其一而形成該上導電層(30)，且該上導電層(30)可由選自金、銅、鋁、鉑、銀、銦錫氧化物等導電材料中擇其一所製成。
前述高分子材料層(11)在黏壓於支撐座(22)之後，即可作為電容式超音波換能器的高分子基振動薄膜，待上導電層(30)完成，即可完成電容式超音波換能器的製作。
由於本製作方法係透過分別製作高分子基薄膜與支撐座，再藉由黏壓方式結合兩者構成空腔結構，故不需製作蝕刻孔洞，自然不存在有蝕刻孔洞不易封孔的問題，使得本發明具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器可將使用範圍擴展至水中環境。
(10)．．．透明基材
(11)．．．高分子材料層
(20)．．．基板
(21)．．．下導電層
(22)．．．支撐座
(30)．．．上導電層
第一圖：係本發明一較佳實施例之流程圖。
第二圖：係本發明之高分子基薄膜製作流程的階段製品示意圖。
第三～第四圖：係本發明之支撐座製作流程的示意圖。
第五～第七圖：係本發明之換能器製作流程的示意圖。

Claims (10)

  1. 一種具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，係包含：一高分子基薄膜製作流程，其包含：提供一透明基材；於該透明基材上塗佈一高分子材料層；及控制該高分子材料層之溫度介於攝氏60~100度之間以持續使該高分子材料層呈現可黏著狀態；一支撐座製作流程，其包含：提供一基板；於該基板上設一下導電層；及於該下導電層上形成支撐座；以及一換能器製作流程，其包含：將前述高分子材料層與前述支撐座壓黏一起；固化鏈結該高分子材料層與支撐座；移除透明基材；及於高分子材料層上形成一上導電層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，其中於固化鏈結該高分子材料層與支撐座步驟中，係選用紫外光曝光方式、加熱烘烤方式或前述兩方式一併使用而固化鏈結該高分子材料層與支撐座。
  3. 如申請專利範圍第2項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，其中該透明基材上塗佈一高分子材料層於透明基材上之步驟中，該高分子材料係可為SU-8光阻劑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，於透過溫度控制持續使該高分子材料層呈現可黏著狀態之步驟中，係控制該高分子材料層之溫度介於攝氏60~100度之間。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，前述於該下導電層上形成支撐座之步驟中，係選自感光型高分子材料塗佈微影製程、高分子塗佈壓印或膠框印刷等方法中擇其一而於該下導電層上形成支撐座。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，前述於高分子材料層上形成一上導電層之步驟中，係由選自膠框印刷、噴墨、光阻剝落法或微影蝕刻技術等方法中擇其一而形成該上導電層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，該基板係由選自玻璃、矽膠、樹脂、塑膠、聚酯類、光阻劑、高分子材料等所構成之群組中至少一種材料所製成。
  8. 如申請專利範圍第7項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，該透明基材係由選自玻璃、矽膠、樹脂、塑膠、聚酯類、光阻劑、高分子材料等所構成之群組中至少一種材料所製成。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，該上導電層係由選自金、銅、鋁、鉑、銀、銦錫氧化物等導電材料中擇其一所製成。
  10. 如申請專利範圍第7或8項所述具高分子基振盪薄膜之電容式超音波換能器的製作方法，該下導電層係由選自金、銅、鋁、鉑、銀、銦錫氧化物等導電材料中擇其一所製成。
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