一種熱式風(fēng)速傳感器及其封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱風(fēng)速傳感器封裝方法，具體來說，是一種利用真空封裝增強(qiáng)其靈敏度的熱風(fēng)速傳感器封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在環(huán)境監(jiān)測(cè)、空氣調(diào)節(jié)和工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，風(fēng)速都具有十分重要的作用，是反應(yīng)氣象情況非常重要的參數(shù)之一，因此快速準(zhǔn)確測(cè)量出風(fēng)速具有重要的實(shí)際意義。靈敏度是風(fēng)速傳感器特性的一個(gè)重要指標(biāo)，其對(duì)于傳感器性能具有重要的影響?；贛EMS工藝的熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器以其體積小、穩(wěn)定性高、便于攜帶、靈敏度高和產(chǎn)品一致性好等特點(diǎn)，成為近年來風(fēng)速風(fēng)向傳感器研究的主流。但由于傳感器體積較小，需要高的靈敏度才能實(shí)現(xiàn)較好的低風(fēng)敏感。對(duì)于現(xiàn)有的熱風(fēng)速傳感器，影響其靈敏度的一個(gè)重要因素是溫度通過芯片內(nèi)部的橫向傳播。因此，如何減小這一橫向熱傳遞一直是目前的研究熱點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明提出了一種熱式風(fēng)速傳感器及其封裝方法，該方法使用真空封裝結(jié)構(gòu)使加熱元件、測(cè)溫元件與芯片底部真空隔絕，以降低熱量通過芯片內(nèi)部從加熱元件向測(cè)溫元件的橫向傳導(dǎo)和向下傳導(dǎo)，從而提高了傳感器的靈敏度。真空封裝可以在圓片級(jí)實(shí)現(xiàn)。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種熱式風(fēng)速傳感器，該傳感器包括陶瓷基板、薄層陶瓷、加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫元件、引線焊盤、氧化硅、金屬焊料和底層密封蓋板；
[0005]陶瓷基板與薄層陶瓷圍成一個(gè)凹槽;薄層陶瓷的下表面中心位置設(shè)有加熱元件，第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫元件以加熱元件為中心對(duì)稱分布;第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫元件分別與陶瓷基板上的引線焊盤連接;在加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫元件的下表面以及引線焊盤的部分下表面覆有一層氧化硅;氧化硅下表面兩端正對(duì)著引線焊盤的部分是一層金屬焊料，與底部的底層密封蓋板相連;氧化硅、金屬焊料與底層密封蓋板形成一個(gè)密封的真空腔。
[0006]優(yōu)選的，金屬焊料通過與底層密封蓋板鍵合實(shí)現(xiàn)真空密封，因此該器件可進(jìn)行圓片級(jí)封裝。
[0007]本發(fā)明還提供了一種熱式風(fēng)速傳感器的封裝方法，該方法包括如下步驟:
[0008]步驟1:在硅晶圓片上采用氫氧化鉀溶液腐蝕形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)；
[0009]步驟2:熱氧化硅片，在其表面形成氧化硅;然后采用磁控濺射方法濺射金屬鈦和鉑金屬并剝離形成加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫元件以及引線；
[0010]步驟3:在硅片表面旋涂三氧化二鋁陶瓷漿料，并在900°C高溫下燒結(jié)形成上部的陶瓷基板和薄層陶瓷；
[0011 ]步驟4:采用四甲基氫氧化氨溶液腐蝕除掉所有的硅；
[0012]步驟5:采用磁控濺射方法濺射鈦和金，并剝離形成金屬焊料；
[0013]步驟6:采用硅晶圓和上述結(jié)構(gòu)在真空下進(jìn)行金硅鍵合實(shí)現(xiàn)真空密封。
[0014]有益效果:
[0015]I)采用真空封裝有效杜絕了熱量從襯底和封裝材料耗散的問題，提高了加熱流體的效率，從而提高了傳感器的靈敏度和降低了功耗；
[0016]2)采用加熱和測(cè)溫元件都設(shè)置在薄層陶瓷上，既實(shí)現(xiàn)了封裝也降低了熱量的橫向傳遞，進(jìn)一步提高了靈敏度；
[0017]3)真空?qǐng)A片級(jí)封裝，大幅降低了器件加工成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的剖面示意圖。
[0019]圖2a為在硅晶圓上腐蝕臺(tái)階示意圖。
[0020]圖2b為淀積金屬形成加熱和測(cè)溫元件示意圖。
[0021 ]圖2c為燒結(jié)形成硅陶瓷混合基板示意圖。
[0022]圖2d為腐蝕掉硅形成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移示意圖。
[0023]圖2e為形成金屬焊盤示意圖。
[0024]圖2f為真空密封傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]兩圖中具有統(tǒng)一的標(biāo)注。圖中:陶瓷基板1、薄層陶瓷2、加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫元件42、引線5、氧化硅6、金屬焊料7、底層密封蓋板8。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]熱式風(fēng)速傳感器圓片級(jí)真空封裝結(jié)構(gòu)，利用陶瓷凹槽和密封蓋板形成了一個(gè)真空的密封環(huán)境，隔絕了內(nèi)部發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量通過芯片的封裝材料耗散，陶瓷薄層的使用有效降低了熱量通過陶瓷材料的橫向熱傳導(dǎo)。整個(gè)傳感器靈敏度高、響應(yīng)速度快、功耗低。該封裝方法在圓片級(jí)完成，大大降低了封裝成本。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提出的熱式風(fēng)速傳感器，該傳感器包括陶瓷基板1、薄層陶瓷2、加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫元件42、引線焊盤5、氧化硅6、金屬焊料7和底層密封蓋板8 ；
[0029]陶瓷基板I與薄層陶瓷2圍成一個(gè)凹槽;薄層陶瓷2的下表面中心位置設(shè)有加熱元件3，第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫元件42以加熱元件3為中心對(duì)稱分布;第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫元件42分別與陶瓷基板I上的引線焊盤5連接;在加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫元件42的下表面以及引線焊盤5的部分下表面覆有一層氧化硅6;氧化硅6下表面兩端正對(duì)著引線焊盤5的部分是一層金屬焊料7，與底部的底層密封蓋板8相連;氧化娃6、金屬焊料7與底層密封蓋板8形成一個(gè)密封的真空腔。
[0030]金屬焊料7通過與底層密封蓋板8鍵合實(shí)現(xiàn)真空密封，因此該器件可進(jìn)行圓片級(jí)封裝。
[0031 ]該傳感器封裝方法如下:
[0032 ] I)在晶向的硅晶圓片上采用氫氧化鉀溶液腐蝕形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)，如圖2a;
[0033]2)熱氧化硅片，在其表面形成氧化硅6;然后采用磁控濺射方法濺射金屬鈦和鉑金屬并剝離形成加熱元件3、測(cè)溫元件41和42以及引線5，如圖2b;
[0034]3)在硅片表面旋涂三氧化二鋁陶瓷漿料，并在900°C高溫下燒結(jié)形成上部的陶瓷基板I和薄層陶瓷2，如圖2c;
[0035]4)采用四甲基氫氧化氨溶液腐蝕除掉所有的硅，如圖2d;
[0036]5)采用磁控濺射方法濺射鈦和金，并剝離形成金屬焊料7，如圖2e;
[0037]6)采用硅晶圓和上述結(jié)構(gòu)在真空下進(jìn)行金硅鍵合實(shí)現(xiàn)真空密封，如圖2f;
[0038]采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕硅晶圓形成每個(gè)傳感器芯片上的獨(dú)立蓋板結(jié)構(gòu)8。至此完成了圓片級(jí)傳感器制造和封裝。隨后進(jìn)行陶瓷基板芯片劃片就可分離每個(gè)芯片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱式風(fēng)速傳感器，其特征在于，該傳感器包括陶瓷基板(I)、薄層陶瓷(2)、加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)、引線焊盤(5)、氧化硅(6)、金屬焊料(7)和底層密封蓋板(8)； 陶瓷基板(I)與薄層陶瓷(2)圍成一個(gè)凹槽;薄層陶瓷(2)的下表面中心位置設(shè)有加熱元件(3)，第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)以加熱元件(3)為中心對(duì)稱分布;第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)分別與陶瓷基板(I)上的引線焊盤(5)連接；在加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)的下表面以及引線焊盤(5)的部分下表面覆有一層氧化硅(6);氧化硅(6)下表面兩端正對(duì)著引線焊盤(5)的部分是一層金屬焊料(7)，與底部的底層密封蓋板(8)相連;氧化硅(6)、金屬焊料(7)與底層密封蓋板(8)形成一個(gè)密封的真空腔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱式風(fēng)速傳感器，其特征在于，金屬焊料(7)通過與底層密封蓋板(8)鍵合實(shí)現(xiàn)真空密封，因此該器件可進(jìn)行圓片級(jí)封裝。3.一種熱式風(fēng)速傳感器的封裝方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟I:在硅晶圓片上采用氫氧化鉀溶液腐蝕形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)； 步驟2:熱氧化硅片，在其表面形成氧化硅(6);然后采用磁控濺射方法濺射金屬鈦和鉑金屬并剝離形成加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)以及引線(5); 步驟3:在硅片表面旋涂三氧化二鋁陶瓷漿料，并在900°C高溫下燒結(jié)形成上部的陶瓷基板(I)和薄層陶瓷(2); 步驟4:采用四甲基氫氧化氨溶液腐蝕除掉所有的硅； 步驟5:采用磁控濺射方法濺射鈦和金，并剝離形成金屬焊料(7); 步驟6:采用硅晶圓和上述結(jié)構(gòu)在真空下進(jìn)行金硅鍵合實(shí)現(xiàn)真空密封。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種熱式風(fēng)速傳感器及其封裝方法，該傳感器包括陶瓷基板(1)、薄層陶瓷(2)、加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)、引線焊盤(5)、氧化硅(6)、金屬焊料(7)和底層密封蓋板(8)；陶瓷基板(1)與薄層陶瓷(2)圍成一個(gè)凹槽；薄層陶瓷(2)的下表面中心位置設(shè)有加熱元件(3)，第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)以加熱元件(3)為中心對(duì)稱分布；第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫元件(42)分別與陶瓷基板(1)上的引線焊盤(5)連接。提高了傳感器的靈敏度和降低了功耗。
【IPC分類】G01P5/10
【公開號(hào)】CN105675917
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610035846
【發(fā)明人】秦明, 葉一舟, 穆林, 王慶賀, 黃慶安
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日