一种双轴多向MEMS热式流量传感器的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种双轴多向MEMS热式流量传感器的制备方法，其使用多孔结构的固态隔热技术，该结构可靠稳定，防止了芯片损坏，并且设置三组热电堆进行X轴向、Y轴向和45

【技术实现步骤摘要】
一种双轴多向MEMS热式流量传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及流量传感器相关
，具体涉及一种双轴多向MEMS热式流量传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]流量测量在日常生活、工业领域应用十分广泛。根据测量原理的不同，流量检测方式可分为涡轮式、涡街式、超声波式、传热式等，其中热式流量传感器因结构简单、无机械零部件和测量精度高，近年来得到广泛应用。随着上世纪90年代MEMS技术的兴起，应用MEMS技术制作各种类型的热式流量传感器，其具有测量精度高、功耗低、检测性能好等特点，使得基于MEMS技术的热式流量传感器得到了很大发展。
[0003]目前市场上的MEMS热式流量传感器的隔热层一般采用悬梁结构，其缺点是在气流冲击下悬梁会断裂，造成传感芯片的损坏；另外市面上基本都是单一流向或单轴双向的MEMS热式流量传感器，不适于监测多轴向流入的气体流量。

技术实现思路

[0004]为了解决上述内容中提到的问题，本专利技术提供了一种双轴多向MEMS热式流量传感器的制备方法，该制备方法使用多孔结构的固态隔热技术，该结构可靠稳定，防止了芯片损坏，并且设置三组热电堆进行X轴向、Y轴向和45
°
轴向的排布，使得芯片适用于监测多轴向流入的气体流量。
[0005]其技术方案是这样的：一种双轴多向MEMS热式流量传感器，其包括芯片本体和电路板，所述芯片本体贴装在电路板上，所述芯片本体的隔热层为固态多孔隔热结构；所述芯片本体的热电堆包括3组，所述3组热电堆分别按X轴向、Y轴向和45<br/>°
轴向排布在芯片本体的中心热源的外围。
[0006]进一步的，所述芯片本体包括硅片结构，所述硅片结构上部设置有固态多孔隔热结构，所述固态多孔隔热结构的上表面设置有支撑层，所述支撑层上表面设置有中心热源、热电堆和芯片本体电极。
[0007]进一步的，所述中心热源为镂空圆形。
[0008]进一步的，所述中心热源的顶部设置有一层微阵列微针圆锥结构。
[0009]进一步的，所述芯片本体顶部设置有碳化硅保护层。
[0010]进一步的，所述支撑层包括氧化硅支撑层和氮化硅支撑层。
[0011]进一步的，所述电路板上设置有凹槽，所述芯片本体封装于凹槽内；所述凹槽内设置有金属镀层位。
[0012]本专利技术提供的一种双轴多向MEMS热式流量传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将P型双抛硅片进行清洗处理再减薄，得到减薄后的硅片结构；步骤2、通过掩膜设计，将减薄后的硅片结构进行电化学腐蚀法得到固态多孔隔热
结构；步骤3、在固态多孔隔热结构的表面沉积一层氧化硅支撑层，在氧化硅支撑层的表面沉积一层氮化硅支撑层；步骤4、在氮化硅支撑层的表面通过磁控溅射工艺溅射一层铂薄膜，然后结合光刻掩膜版对铂薄膜进行反应离子刻蚀图形化形成镂空圆形中心热源结构；步骤5、再在氮化硅支撑层的表面制作热电堆和芯片本体电极；步骤6、在镂空圆形中心热源结构的顶部制作单层有序聚苯乙烯微球阵列；对单层有序聚苯乙烯微球阵列进行磁增强反应离子刻蚀形成一层微阵列微针圆锥结构；步骤7、在芯片本体的顶部沉积碳化硅保护层；步骤8、在电路板上开设凹槽，将芯片本体封装于凹槽内。
[0013]进一步的，所述步骤6包括：步骤6
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1、取聚苯乙烯微球悬浮液和无水乙醇等体积混合，再进行超声震荡，制得聚苯乙烯微球乙醇稀释液；步骤6
‑
2、将芯片本体利用双面胶固定于可移动塑料平板上，将上述聚苯乙烯微球乙醇稀释液利用表面张力在芯片本体上进行自组装，然后采用气
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液界面自组装方法在芯片本体上制备出单层有序聚苯乙烯微球阵列；步骤6
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3、将上述单层有序聚苯乙烯微球阵列进行磁增强反应离子刻蚀，然后采用CH2Cl2将聚苯乙烯微球洗去，形成一层微阵列微针圆锥结构。
[0014]本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过将隔热层设置为固态多孔隔热结构，从结构设计上避免了气流对芯片的损坏，提高了传感器的稳定性和可靠性；并且固态多孔隔热结构本身可靠稳定，也可用于液体流量的测量，并且多孔硅技术不受硅片几何晶向的束缚，也无须进行双面光刻、进行隔热设计。
[0015]2、本专利技术通过将3组热电堆分别按X轴向、Y轴向和45
°
轴向排布在芯片本体的中心热源的外围，使得芯片适用于监测多轴向流入的气体流量，提高了传感器的适用性。
[0016]3、本专利技术通过将中心热源设计成镂空圆形，能够降低芯片功耗，同时可以保证对周围的测温元件提供足够且对称的发热量；并且通过在中心热源的顶部设置有一层微阵列微针圆锥结构，提高热源发散率、提高热源温度，当有微小流量经过时，测温元件可以更精准的进行识别，提高了芯片的整体灵敏度。
[0017]4、本专利技术通过将芯片本体封装于电路板的凹槽内，使芯片的敏感面与电路板表面平齐，防止了灰尘污染物在芯片与电路板结合处沉积，保证了传感器的测量精度，同时拓宽了流量传感器的量程；并且通过在芯片本体顶部设置碳化硅保护层，进一步避免了灰尘污染物的聚集。
附图说明
[0018]图1为本专利技术中传感器的剖视示意图。
[0019]图2为本专利技术中电路板的俯视示意图。
[0020]图3为本专利技术中芯片本体的剖视示意图。
[0021]图4为本专利技术中芯片本体的俯视示意图。
[0022]图5为本专利技术制备方法步骤1完成后的产品结构剖视示意图。
[0023]图6为本专利技术制备方法步骤2完成后的产品结构剖视示意图。
[0024]图7为本专利技术制备方法步骤3和4完成后的产品结构剖视示意图。
[0025]图8为本专利技术制备方法步骤5部分完成后的产品结构剖视示意图。
[0026]图9为本专利技术制备方法步骤5和6部分完成后的产品结构剖视示意图。
[0027]图10为本专利技术制备方法步骤6完成后的产品结构剖视示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合实施例对本专利技术做进一步的描述。
[0029]以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本专利技术的构思前提下对本专利技术的方法简单改进都属于本专利技术要求保护的范围。
[0030]如图1
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2所示，一种双轴多向MEMS热式流量传感器，其包括芯片本体35和电路板17，所述芯片本体35贴装在电路板17上，所述电路板17上设置有凹槽19，所述芯片本体35封装于凹槽19内，使芯片本体35的敏感面（即芯片本体35的顶部）与电路板17表面基本平齐，例如图1中芯片本体35的顶部稍露出于电路板17的表面上方，防止了灰尘污染物在芯片本体35与电路板17结合处沉积，保证了传感器的测量精度，同时拓宽了流量传感器的量程；所述凹槽19内设置有金属镀层位20，用于芯片本体35定位；所述电路板17上还有与芯片本体35一一对应的电路板电极PAD18，用于打线连接。
[0031]如图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双轴多向MEMS热式流量传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将P型双抛硅片进行清洗处理再减薄，得到减薄后的硅片结构；步骤2、通过掩膜设计，将减薄后的硅片结构进行电化学腐蚀法得到固态多孔隔热结构；步骤3、在固态多孔隔热结构的表面沉积一层氧化硅支撑层，在氧化硅支撑层的表面沉积一层氮化硅支撑层；步骤4、在氮化硅支撑层的表面通过磁控溅射工艺溅射一层铂薄膜，然后结合光刻掩膜版对铂薄膜进行反应离子刻蚀图形化形成镂空圆形中心热源结构；步骤5、再在氮化硅支撑层的表面制作热电堆和芯片本体电极；步骤6、在镂空圆形中心热源结构的顶部制作单层有序聚苯乙烯微球阵列；对单层有序聚苯乙烯微球阵列进行磁增强反应离子刻蚀形成一层微阵列微针圆锥结构；步骤7、在芯片本体的顶部沉积碳化硅保护层；步骤8...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍松，刘同庆，曹锦云，柳雪，
申请(专利权)人：无锡芯感智半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：