一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器及其封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器封裝方法，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種利用二氧化硅納米粉實(shí)現(xiàn)隔熱以提高傳感器靈敏度的封裝方法。
【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(lái)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(guò)芯片內(nèi)部的橫向傳播。因此，從芯片設(shè)計(jì)到封裝上如何減小這一橫向熱傳播一直是這類傳感器的研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明提出了一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器封裝方法，通過(guò)使用氧化硅納米粉填充發(fā)熱元件與測(cè)溫元件之間空隙的封裝方法提高隔熱能力，從而有效提高了傳感器的靈敏度。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器，該傳感器包括薄層陶瓷、陶瓷基板、加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫原件、引線、封裝膠、綁定線和氧化娃納米粉；
[0005]薄層陶瓷四周和陶瓷基板相連，且薄層陶瓷上表面和陶瓷基板齊平；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)溫原件以加熱元件為中心對(duì)稱分布；
[0006]加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫原件通過(guò)綁定線分別與周邊陶瓷基板上的引線焊盤連接;加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫原件以及綁定線周圍填充有低熱導(dǎo)率氧化娃納米粉，氧化娃納米粉外圍用密封膠密封。
[0007]優(yōu)選的，所選的低熱導(dǎo)率氧化硅納米粉8的熱導(dǎo)率不高于陶瓷基板的熱導(dǎo)率的十分之一。
[0008]優(yōu)選的，薄層陶瓷的厚度小于陶瓷基板的厚度，加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫原件采用金屬或半導(dǎo)體硅材料。
[0009]本發(fā)明還提供了一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器的封裝方法，該方法包括如下步驟:預(yù)先采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將硅片加工成帶有凸起的結(jié)構(gòu)，然后選擇三氧化二鋁生瓷片，通過(guò)壓印的方法將硅片和生瓷片緊密壓在一起并在高溫?zé)Y(jié)成型，接著通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光方法磨平下表面，在硅表面通過(guò)濺射光刻等方法形成必要的引線焊盤之后采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕凹槽中的硅形成的傳感器結(jié)構(gòu)，該芯片后續(xù)進(jìn)行綁定引線，最后向陶瓷凹槽中傾倒氧化硅納米粉，直到氧化硅納米粉填滿加熱元件、第一測(cè)溫元件和第二測(cè)溫原件以及綁定線之間的空隙；再用粘度大的環(huán)氧密封膠進(jìn)行點(diǎn)膠包裹，固化后形成充滿氧化硅納米粉的密封腔。
[0010]有益效果:I)采用氧化硅納米粉填充發(fā)熱元件與測(cè)溫元件之間空隙，由于氧化硅納米粉的超低熱導(dǎo)率，使芯片內(nèi)部加熱元件和測(cè)溫元件之間的內(nèi)部熱傳遞有效降低，提高了傳感器的靈敏度;2)加熱元件和測(cè)溫元件貼裝的超薄陶瓷基板有效降低了熱量通過(guò)其內(nèi)部傳遞，進(jìn)一步提高了靈敏度和響應(yīng)速度;3)芯片填充納米粉類似點(diǎn)膠工藝，工藝簡(jiǎn)單，操作方便。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的剖面示意圖。
[0012]圖2a為娃晶圓上形成凸起結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2b為燒結(jié)形成硅/陶瓷結(jié)構(gòu)他意圖。
[0014]圖2c為磨平下表面形成嵌入硅的陶瓷基板示意圖。
[0015]圖中:薄層陶瓷1、陶瓷基板2、加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫原件42、弓丨線5、封裝膠6、綁定線7、氧化娃納米粉8。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]該器件的工作原理如下:加熱元件3產(chǎn)生的熱量通過(guò)其上表面的薄層陶瓷I傳遞到上方的空氣中加熱流體，如有風(fēng)從陶瓷表面吹過(guò)，則熱流體將隨風(fēng)向下游流動(dòng)，造成測(cè)溫元件41和42上方的流體溫度產(chǎn)生差異，該溫度差異通過(guò)測(cè)溫元件41和42上方的薄層陶瓷I傳遞會(huì)測(cè)溫元件41和42，通過(guò)獲取測(cè)溫元件的輸出信號(hào)就可得到該溫差，進(jìn)而得到風(fēng)的相關(guān)
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[0018]氧化硅納米粉是一種很好的隔熱材料。由于本封裝方法使用氧化硅納米粉填充了加熱元件3與測(cè)溫元件41和42之間的空隙，有效地降低了芯片內(nèi)部熱量從加熱元件3到測(cè)溫元件41和42的橫向傳遞，同時(shí)，加熱元件3和測(cè)溫元件41、42上表面的薄層陶瓷既起到了保護(hù)器件的作用，也減少了加熱元件產(chǎn)生的熱量通過(guò)陶瓷傳遞到測(cè)溫元件，進(jìn)一步提高了傳感器的靈敏度。
[0019]如圖1所示，一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器，該傳感器包括薄層陶瓷1、陶瓷基板2、加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫原件42、引線5、封裝膠6、綁定線7和氧化硅納米粉8;
[0020]薄層陶瓷I四周和陶瓷基板2相連，且薄層陶瓷I上表面和陶瓷基板2齊平;薄層陶瓷I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)溫原件42以加熱元件3為中心對(duì)稱分布；
[0021]加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫原件42通過(guò)綁定線7分別與周邊陶瓷基板2上的引線焊盤5連接;加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫原件42以及綁定線7周圍填充有低熱導(dǎo)率氧化硅納米粉8，氧化硅納米粉8外圍用密封膠7密封。
[0022]所選的低熱導(dǎo)率氧化硅納米粉8的熱導(dǎo)率不高于陶瓷基板2的熱導(dǎo)率的十分之一。
[0023]薄層陶瓷I的厚度小于陶瓷基板2的厚度，加熱元件3、第一測(cè)溫元件41和第二測(cè)溫原件42采用金屬或半導(dǎo)體硅材料。
[0024]本發(fā)明還提供了一種上述傳感器的該封裝方法，具體如下:
[0025]預(yù)先采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將硅片加工成帶有凸起的結(jié)構(gòu)(圖2a)，然后選擇三氧化二鋁生瓷片，通過(guò)壓印的方法將硅片和生瓷片緊密壓在一起并在高溫(例如900°C)燒結(jié)成型(圖2b)，接著通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光方法磨平下表面形成嵌入硅的陶瓷基板(圖2c)，在硅表面通過(guò)濺射光刻等方法形成必要的引線焊盤之后采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕凹槽中的硅形成如圖1所示的傳感器結(jié)構(gòu)，該芯片后續(xù)進(jìn)行綁定引線，最后采用類似點(diǎn)膠的工藝向陶瓷凹槽中傾倒氧化硅納米粉，直到氧化硅納米粉填滿加熱元件3、測(cè)溫元件41和42以及綁定線7之間的空隙。再用粘度大的環(huán)氧密封膠進(jìn)行點(diǎn)膠包裹，固化后形成充滿氧化硅納米粉的密封腔。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器，其特征在于，該傳感器包括薄層陶瓷(I)、陶瓷基板(2)、加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫原件(42)、引線(5)、封裝膠(6)、綁定線(7)和氧化硅納米粉(8); 薄層陶瓷(I)四周和陶瓷基板(2)相連，且薄層陶瓷(I)上表面和陶瓷基板(2)齊平;薄層陶瓷(I)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)溫原件(42)以加熱元件(3)為中心對(duì)稱分布； 加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫原件(42)通過(guò)綁定線(7)分別與周邊陶瓷基板(2)上的引線焊盤(5)連接;加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫原件(42)以及綁定線(7)周圍填充有低熱導(dǎo)率氧化硅納米粉(8)，氧化硅納米粉(8)外圍用密封膠(7)密封。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏熱式風(fēng)速傳感器，其特征在于，所選的低熱導(dǎo)率氧化硅納米粉(8)的熱導(dǎo)率不高于陶瓷基板2的熱導(dǎo)率的十分之一。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏熱式風(fēng)速傳感器，其特征在于，薄層陶瓷(I)的厚度小于陶瓷基板(2)的厚度，加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫原件(42)采用金屬或半導(dǎo)體娃材料。4.一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器的封裝方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:預(yù)先采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將硅片加工成帶有凸起的結(jié)構(gòu)，然后選擇三氧化二鋁生瓷片，通過(guò)壓印的方法將硅片和生瓷片緊密壓在一起并在高溫?zé)Y(jié)成型，接著通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光方法磨平下表面，在硅表面通過(guò)濺射光刻等方法形成必要的引線焊盤之后采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕凹槽中的硅形成的傳感器結(jié)構(gòu)，該芯片后續(xù)進(jìn)行綁定引線，最后向陶瓷凹槽中傾倒氧化硅納米粉，直到氧化硅納米粉填滿加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫原件(42)以及綁定線(7)之間的空隙;再用粘度大的環(huán)氧密封膠進(jìn)行點(diǎn)膠包裹，固化后形成充滿氧化硅納米粉的密封腔。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高靈敏熱式風(fēng)速傳感器及其封裝方法，該傳感器包括薄層陶瓷(1)、陶瓷基板(2)、加熱元件(3)、第一測(cè)溫元件(41)和第二測(cè)溫原件(42)、引線(5)、封裝膠(6)、綁定線(7)和氧化硅納米粉(8)；薄層陶瓷(1)四周和陶瓷基板(2)相連，且薄層陶瓷(1)上表面和陶瓷基板(2)齊平；薄層陶瓷(1)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)溫原件(42)以加熱元件(3)為中心對(duì)稱分布。本發(fā)明提高了傳感器的靈敏度。
【IPC分類】G01P1/00, G01P5/10
【公開號(hào)】CN105527454
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610035748
【發(fā)明人】秦明, 穆林, 葉一舟, 王慶賀, 高磬雅, 黃慶安
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日