[發明專利]熱溫差型風速傳感器及其制備方法和檢測方法

有效

• 申請號: 201710034158.4
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106829850B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 易真翔;董蕾;王立峰;秦明;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01P5/12
• 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

本發明公開一種熱溫差型風速傳感器，其特征在于：包括玻璃襯底、發熱元件、至少兩組感溫元件和兩組測溫元件；其中，發熱元件包括加熱電感線圈和發熱金屬塊，通過對加熱電感線圈施加交流電使發熱金屬塊發熱。還公開了這種熱溫差型風速傳感器的制備方法，以及基于這種熱溫差型風速傳感器的風速檢測方法。通過這種結構的熱溫差型風速傳感器，實現正面感風的風速檢測，提高風速傳感器的靈敏度并降低功耗，同時還能避免采用鍵合線技術和襯底通孔技術，成本低，易于產業化生產。

技術領域

本發明提出了一種基于無源無線技術的熱溫差型風速傳感器及其檢測方法，屬于微電子機械系統(MEMS)的技術領域。

背景技術

風速檢測與日常生活緊密相關，并在工農業生產、能源開發、交通旅游、氣象預報以及物聯網等諸多領域都起著非常重要的作用。傳統的微電子機械(MEMS)風速傳感器由于無法解決正面引線的問題，大多采用背部感風的方式工作，由于背面直接與風場作用,其上下游溫差大于正面上下游溫差,從而導致傳感器的靈敏度不高，功耗過大。

申請號201410325164.1的專利公布了一種正面感風方式的三維集成正面感風的熱式風速風向傳感器裝置及封裝方法，包括采用正面感風方式的熱式風速風向傳感器、CMOS電路芯片和印制電路基板，熱式風速風向傳感器包括低導熱率襯底(熱導率低于1W/m·K)，在襯底的正面設置有加熱元件、測溫元件和焊盤，在襯底的正面淀積鈍化保護層，實現正面感風；CMOS電路芯片設置在襯底的背面和印制電路基板之間，在襯底和CMOS電路芯片對應焊盤的位置設置有通孔，在通孔內填充有金屬物質，金屬物質的兩端分別與焊盤和印制電路基板上的焊點焊接。這種方法雖然實現了正面感風，但仍需在襯底中穿孔，同時也需要涉及鍵合線技術，且結構上和制作工藝上仍存在一定復雜性。

發明內容

為了解決這一問題，本發明的目的是提供一種熱溫差型風速傳感器及其檢測方法，即，該傳感器采用利用正面無線加熱及無線測溫的方式解決正面引線問題，可以實現傳感器正面感風的方式工作，提高靈敏度并降低功耗。

本發明公開一種熱溫差型風速傳感器，包括玻璃襯底、布置在玻璃襯底上的發熱元件、布置在玻璃襯底正面且以發熱元件為中心呈中心對稱分布的至少兩組感溫元件，布置在玻璃襯底背面且與感溫元件位置正對應的至少兩組測溫元件；其中，發熱元件包括布置在玻璃襯底背面的加熱電感線圈，以及布置在玻璃襯底正面且與加熱電感線圈正對應的發熱金屬塊，通過對加熱電感線圈施加交流電使發熱金屬塊發熱。

進一步的，感溫元件是金屬塊，測溫元件是電感線圈。

進一步的，感溫元件是電感線圈，測溫元件是電感線圈。

進一步的，玻璃襯底的厚度為300-500微米，熱導率小于30W/mk。

進一步的，測溫元件與發熱元件之間的直線距離至少大于玻璃襯底的厚度。

在此基礎上，本發明還公開一種熱溫差型風速傳感器的制備方法，包括如下

步驟：

S1、準備絕緣的玻璃襯底；

S2、在玻璃襯底正面旋涂光刻膠，固化；

S3、利用光刻技術去除正面需要生長元件部分的光刻膠；

S4、濺射金屬材料，泡入丙酮溶液中，剝離，形成襯底正面的感溫元件和發熱金屬塊；

S5、在玻璃襯底背面旋涂光刻膠，固化；

S6、利用光刻技術去除背面需要生長元件部分的光刻膠；

S7、濺射金屬材料、泡入丙酮溶液中，剝離，形成襯底背面的加熱電感線圈和測溫元件。

進一步的，熱溫差型風速傳感器的感溫元件是金屬塊或電感線圈，測溫元件是電感線圈。