[發明專利]一種基于倒裝焊封裝的甲烷傳感器及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201410607349.1
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104316577A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 馬洪宇;丁恩杰;劉曉文;趙小虎;程婷婷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N27/14
• 分類號: G01N27/14;G01K7/16
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(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）、單片甲烷氣體檢測器（2）和環境溫度檢測器（3）；?

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

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

所述環境溫度檢測器（3）包括兩個電極端（1041）及測量電阻（32）；所述環境溫度檢測器（3）設在單片高溫加熱器（1）的支座A（101）上，或單片甲烷氣體檢測器（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器（2）的支座B（201）上都設置有環境溫度檢測器（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）均相互獨立的設在支座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）上設有氧化硅層（23）、在氧化硅層（23）上設有金屬層（22）；所述固定端A（102）及電極端（1041）的硅層（21）內均設有摻雜硅層（24），金屬層（22）均通過氧化硅層（23）的窗口與摻雜硅層（24）直接接觸并構成歐姆接觸；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）上設有氧化硅層（23），在氧化硅層（23）上設有金屬層（22）；加熱元件（103）同樣由硅層（21）加工而成，并在硅層（21）的外表面設有鈍化保護層（25）；所述加熱元件（103）設有高溫加熱單元（1031）、兩個對稱設置的硅懸臂（1032）；所述高溫加熱單元（1031）為圓環狀，或多個加熱條的并聯；所述硅懸臂（1032）的長度大于300um；所述單個的硅懸臂（1032）的一端與高溫加熱單元（1031）相連，另一端與支座A（101）上的一個固定端A（102）相連；電極引出端（104）也設在支座A（101）的埋層氧化硅（12）上；每個鍵合固定端A（106）、固定端A（102）均與一個對應的電極引出端（104）的一端相連，尤其是金屬層（22）是相連接的；電極引出端（104）遠離固定端A（102）和鍵合固定端A（106），其間距離應使單片甲烷氣體檢測器（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器（2）遮擋，在電極引出端（104）和電極端（1041）上可以向外進行引線鍵合；在鍵合固定端A（106）、支撐端（105）的金屬層（22）上設有高度相同的金屬凸塊（500）；2個鍵合固定端A（106）與2個固定端A（102）并排間隔布置，排列順序分別為一個鍵合固定端A（106）、一個固定端A（102）、另一個固定端A（102）、另一個鍵合固定端A（106）；??

所述測溫元件（203）設有測溫單元（2031）、兩個對稱設置的連接臂（2033），2個對稱設置的支撐臂（2032）；所述測溫單元（2031）、連接臂（2033）、支撐臂（2032）、固定端B（202）依次相連；所述測溫單元（2031）與單片高溫加熱器（1）的高溫加熱單元（1031）結構形狀相同，尺寸稍大；所述鍵合支撐端（204）、固定端B（202）均相互獨立的設在支座B（201）上的埋層氧化硅（12）上；若在支座B（201）上設有環境溫度檢測器（3），則環境溫度檢測器（3）與固定端B（202）及若干鍵合支撐端（204）相互獨立、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）、設在硅層（21）外的氧化硅層（23）、設在氧化硅層（23）上的金屬層（22）；固定端B（202）的硅層（21）內設有摻雜硅層（24），金屬層（22）通過氧化硅層（23）的窗口與固定端B（202）的摻雜硅層（24）直接接觸構成歐姆接觸；測溫元件（203）由硅層（21）加工而成，并在硅層（21）的外表面設有鈍化保護層（25），懸在空氣中的測溫元件（203）通過固定端B（202）固定在支座B（201）上的埋層氧化硅（12）上，兩個固定端B（202）構成測溫元件（203）的電通路的兩個端子；

單片甲烷氣體檢測器（2）的正面與單片高溫加熱器（1）的正面平行相對，對準后通過金屬凸點（500）的金屬鍵合實現二者的緊密固定與電連接；對準后的單片甲烷氣體檢測器（2）在單片高溫加熱器（1）上的投影特征為：單片甲烷氣體檢測器（2）的2個固定端B（202）分別與單片高溫加熱器（1）的2個鍵合固定端A（106）重合，單片甲烷氣體檢測器（2）的鍵合支撐端（204）分別與單片高溫加熱器（1）對應的支撐端（105）重合，測溫單元（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；單片甲烷氣體檢測器（2）與單片高溫加熱器（1）通過金屬凸點（500）金屬鍵合固定后，測溫單元（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；單片甲烷氣體檢測器（2）的測溫元件（203）通過兩個固定端B（202）、單片高溫加熱器（1）的兩個鍵合固定端A（106）及其上的金屬凸點（500）、與鍵合固定端A（106）相連接的兩個電極引出端（104）在單片高溫加熱器（1）上構成一個二端子器件，在所述的與鍵合固定端A（106）相連接的兩個電極引出端（104）上進行引線鍵合可實現與外部電路的連接。