[發明專利]一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010973230.1
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112034017A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 許向東;胡君杰;熊可;馮元婷;張敏剛;蔣亞東;谷雨;成曉夢;劉晉榮;周玉龍;李尤;徐明輝
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/18
• 分類號: G01N27/18;B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 軒勇麗

1.一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器，所述微型熱導檢測器包括具有氣流溝道的硅基片、熱敏電阻、電極、支撐介質層的微結構以及用于封裝的玻璃基片頂層，其特征在于：在所述玻璃基片的表面，制作具有與硅基片相匹配的氣流溝道以及與相鄰檢測器單元的氣流溝道的間隔區域的圖形化凹槽陣列，玻璃基片的圖形化凹槽與硅基片表面的電極區域形成空腔；玻璃基片的圖形化凹槽的長度A長于檢測器氣流溝道長度B；玻璃基片的圖形化凹槽的寬度M小于兩相鄰檢測器單元氣流溝道的間距N。

2.根據權利要求1所述的一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器，其特征在于：玻璃基片的圖形化凹槽的長度A和氣流溝道的長度B的比值為J＝A:B，J的取值范圍為1～100；玻璃基片圖形化凹槽的寬度M和兩相鄰檢測器單元的氣流溝道的間距N的比值為K＝M:N，K的取值范圍為0.001～1。

3.根據權利要求1所述的一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器，其特征在于：玻璃基片圖形化凹槽陣列為矩形、菱形、橢圓形當中的一種或幾種復合的周期性結構圖形。

4.根據權利要求1所述的一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器，其特征在于：所述的在玻璃基片的表面制作圖形化凹槽陣列的方法為濕法腐蝕、干法刻蝕、激光切割當中的一種或幾種方法。

5.根據權利要求1-4任一項所述的一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：加工硅基片：在清潔的硅基片的表面制作相互平行的氣流溝道，分別作為參考臂氣流溝道和測量臂氣流溝道，沉積支撐介質層、熱敏電阻層和電極層，熱敏電阻都通過支撐介質層懸浮于參考臂氣流溝道和測量臂氣流溝道中，形成檢測器單元陣列；

步驟二：加工玻璃基片；在清潔的玻璃基片的表面制作出與硅基片相匹配的氣流溝道以及相鄰檢測器單元的間隔區域的圖形化凹槽陣列；

步驟三：將步驟一制作的硅基片的氣流溝道與步驟二制作的玻璃基片的氣流溝道對準并鍵合密封，使得與硅基片的電極區域相對應的玻璃區域形成空腔；

步驟四：采用劃片機，利用圖形化的矩形凹槽陣列的橫向邊界和縱向邊界作為劃片標記，先后對玻璃基片和硅基片進行切割、分離，得到單個的微型熱導檢測器單元；同時剝離圖形化凹槽陣列區域的玻璃基片，暴露出硅基片表面的電極區域；

步驟五：采用打孔儀，在微型檢測器的氣流溝道兩側的進樣和出樣的位置，各打一個直徑為3-2000μm的圓形小孔，制作出微型熱導檢測器的進樣口和出樣口；

步驟六：在檢測器的進樣口和出樣口位置，通入毛細鋼管，封膠密封，即完成單個的微型熱導檢測器的制作。

6.根據權利要求5所述的一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器的制備方法，其特征在于：所述硅基片的加工步驟包括如下步驟：

(1)清洗硅基片；

(2)在硅基片的表面分別沉積厚度為20-2000nm的氧化硅和氮化硅薄膜；

(3)涂覆光刻膠，光刻顯影出熱敏電阻和電極的結構圖形，沉積厚度為10-800nm的熱敏電阻和厚度為10-800nm的電極；

(4)涂覆光刻膠，光刻顯影出支撐介質層的結構圖形，利用反應離子刻蝕技術，刻蝕經(2)沉積的氧化硅和氮化硅層，制作出網狀的支撐介質層結構；

(5)利用深槽刻蝕技術刻蝕出硅基底上的氣流溝道，寬度為3-500μm，深度為3-400μm，并將熱敏電阻都通過支撐介質層懸浮于微型氣流溝道中，形成檢測器單元陣列。

7.根據權利要求6所述的一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器的制備方法，其特征在于：所述熱敏電阻材料由鉑、鎢、鈦、鋁、鎳、銀、鐵鎳合金、鎳鉻合金、鈦鎢合金、錸鎢合金、氧化釩、氧化鈦、硅化鈦、氮化鎢、硅化鎢當中的具有高電阻溫度系數的一種或者幾種熱敏電阻材料組成。

8.根據權利要求6所述的一種基于晶圓級封裝的微型熱導檢測器的制備方法，其特征在于：所述電極材料由鋁、鐵、鋅、銅、金、鉑、鈦、氧化鋅、氧化鈦、硅化鈦當中的一種或者幾種復合導電材料組成。