[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于倒裝焊封裝的甲烷傳感器及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410607349.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104316577A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬洪宇;丁恩杰;劉曉文;趙小虎;程婷婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/14
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/14;G01K7/16
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于倒裝焊封裝的微型甲烷傳感器，其特征在于：它包括單片高溫加熱器（1）、單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）和環(huán)境溫度檢測(cè)器（3）；?

所述單片高溫加熱器（1）包括：支座A（101）、加熱元件（103）、2個(gè)固定端A（102）、2個(gè)鍵合固定端A（106）、多個(gè)電極引出端（104）、多個(gè)支撐端（105）；

所述單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）包括支座B（201）、測(cè)溫元件（203）、2個(gè)固定端B（202）、若干鍵合支撐端（204）；

所述環(huán)境溫度檢測(cè)器（3）包括兩個(gè)電極端（1041）及測(cè)量電阻（32）；所述環(huán)境溫度檢測(cè)器（3）設(shè)在單片高溫加熱器（1）的支座A（101）上，或單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）的支座B（201）上，或在單片高溫加熱器（1）的支座A（101）與單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）的支座B（201）上都設(shè)置有環(huán)境溫度檢測(cè)器（3）；?

所述支座A（101）與支座B（201）都包括硅襯底（11）與硅襯底（11）之上的埋層氧化硅（12）；

所述固定端A（102）、鍵合固定端A（106）、支撐端（105）、電極引出端（104）與電極端（1041）均相互獨(dú)立的設(shè)在支座A（101）上的埋層氧化硅（12）上；固定端A（102）及電極端（1041）均由硅層（21）加工而成，并在硅層（21）上設(shè)有氧化硅層（23）、在氧化硅層（23）上設(shè)有金屬層（22）；所述固定端A（102）及電極端（1041）的硅層（21）內(nèi)均設(shè)有摻雜硅層（24），金屬層（22）均通過(guò)氧化硅層（23）的窗口與摻雜硅層（24）直接接觸并構(gòu)成歐姆接觸；鍵合固定端A（106）、電極引出端（104）與支撐端（105）均由硅層（21）加工而成，并在硅層（21）上設(shè)有氧化硅層（23），在氧化硅層（23）上設(shè)有金屬層（22）；加熱元件（103）同樣由硅層（21）加工而成，并在硅層（21）的外表面設(shè)有鈍化保護(hù)層（25）；所述加熱元件（103）設(shè)有高溫加熱單元（1031）、兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的硅懸臂（1032）；所述高溫加熱單元（1031）為圓環(huán)狀，或多個(gè)加熱條的并聯(lián)；所述硅懸臂（1032）的長(zhǎng)度大于300um；所述單個(gè)的硅懸臂（1032）的一端與高溫加熱單元（1031）相連，另一端與支座A（101）上的一個(gè)固定端A（102）相連；電極引出端（104）也設(shè)在支座A（101）的埋層氧化硅（12）上；每個(gè)鍵合固定端A（106）、固定端A（102）均與一個(gè)對(duì)應(yīng)的電極引出端（104）的一端相連，尤其是金屬層（22）是相連接的；電極引出端（104）遠(yuǎn)離固定端A（102）和鍵合固定端A（106），其間距離應(yīng)使單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）倒裝焊在單片高溫加熱單元上（1）之后，電極引出端（104）與電極端（1041）不被單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）遮擋，在電極引出端（104）和電極端（1041）上可以向外進(jìn)行引線鍵合；在鍵合固定端A（106）、支撐端（105）的金屬層（22）上設(shè)有高度相同的金屬凸塊（500）；2個(gè)鍵合固定端A（106）與2個(gè)固定端A（102）并排間隔布置，排列順序分別為一個(gè)鍵合固定端A（106）、一個(gè)固定端A（102）、另一個(gè)固定端A（102）、另一個(gè)鍵合固定端A（106）；??

所述測(cè)溫元件（203）設(shè)有測(cè)溫單元（2031）、兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的連接臂（2033），2個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的支撐臂（2032）；所述測(cè)溫單元（2031）、連接臂（2033）、支撐臂（2032）、固定端B（202）依次相連；所述測(cè)溫單元（2031）與單片高溫加熱器（1）的高溫加熱單元（1031）結(jié)構(gòu)形狀相同，尺寸稍大；所述鍵合支撐端（204）、固定端B（202）均相互獨(dú)立的設(shè)在支座B（201）上的埋層氧化硅（12）上；若在支座B（201）上設(shè)有環(huán)境溫度檢測(cè)器（3），則環(huán)境溫度檢測(cè)器（3）與固定端B（202）及若干鍵合支撐端（204）相互獨(dú)立、不存在硅層（21）上的連接；所述鍵合支撐端（204）、固定端B（202）均由硅層（21）加工而成，均包括硅層（21）、設(shè)在硅層（21）外的氧化硅層（23）、設(shè)在氧化硅層（23）上的金屬層（22）；固定端B（202）的硅層（21）內(nèi)設(shè)有摻雜硅層（24），金屬層（22）通過(guò)氧化硅層（23）的窗口與固定端B（202）的摻雜硅層（24）直接接觸構(gòu)成歐姆接觸；測(cè)溫元件（203）由硅層（21）加工而成，并在硅層（21）的外表面設(shè)有鈍化保護(hù)層（25），懸在空氣中的測(cè)溫元件（203）通過(guò)固定端B（202）固定在支座B（201）上的埋層氧化硅（12）上，兩個(gè)固定端B（202）構(gòu)成測(cè)溫元件（203）的電通路的兩個(gè)端子；

單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）的正面與單片高溫加熱器（1）的正面平行相對(duì)，對(duì)準(zhǔn)后通過(guò)金屬凸點(diǎn)（500）的金屬鍵合實(shí)現(xiàn)二者的緊密固定與電連接；對(duì)準(zhǔn)后的單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）在單片高溫加熱器（1）上的投影特征為：?jiǎn)纹淄闅怏w檢測(cè)器（2）的2個(gè)固定端B（202）分別與單片高溫加熱器（1）的2個(gè)鍵合固定端A（106）重合，單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）的鍵合支撐端（204）分別與單片高溫加熱器（1）對(duì)應(yīng)的支撐端（105）重合，測(cè)溫單元（2031）的中心與單片高溫加熱器（1）的高溫加熱單元（1031）的中心重合，二者的中心到各自的支座具有相同的距離；單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）與單片高溫加熱器（1）通過(guò)金屬凸點(diǎn)（500）金屬鍵合固定后，測(cè)溫單元（2031）與單片高溫加熱器（1）的高溫加熱單元（1031）之間的距離的距離范圍為3至200um；單片甲烷氣體檢測(cè)器（2）的測(cè)溫元件（203）通過(guò)兩個(gè)固定端B（202）、單片高溫加熱器（1）的兩個(gè)鍵合固定端A（106）及其上的金屬凸點(diǎn)（500）、與鍵合固定端A（106）相連接的兩個(gè)電極引出端（104）在單片高溫加熱器（1）上構(gòu)成一個(gè)二端子器件，在所述的與鍵合固定端A（106）相連接的兩個(gè)電極引出端（104）上進(jìn)行引線鍵合可實(shí)現(xiàn)與外部電路的連接。