[发明专利]基于金金键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法无效
申请号: | 201010586866.7 | 申请日: | 2010-12-14 |
公开(公告)号: | CN102072967A | 公开(公告)日: | 2011-05-25 |
发明(设计)人: | 董自强;黄庆安;秦明 | 申请(专利权)人: | 东南大学 |
主分类号: | G01P13/02 | 分类号: | G01P13/02;G01P5/10;B81B7/02;B81C1/00 |
代理公司: | 南京天翼专利代理有限责任公司 32112 | 代理人: | 汤志武 |
地址: | 210096*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 金金键合 工艺 风速 风向 传感器 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种基于金金键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法,尤其涉及一种低功耗的热式风速风向传感器及其制备方法。
技术背景
在CMOS集成风速风向传感器的设计中,封装一直以来是阻碍其发展的技术瓶颈。一方面其封装材料即要求具有良好的热传导性能,又要求对传感器具有保护作用,并且设计中还需要考虑到封装材料对传感器灵敏度、可靠性以及价格等方面的影响,这就限制了传感器自身封装设计的自由度。另一方面,热式流量传感器要求传感器的敏感部分暴露在测量环境中,同时又要求处理电路与环境隔离,以免影响处理电路的性能,两者对封装的要求产生了矛盾。以往报道的硅风速风向传感器大都将硅片的敏感表面直接暴露在自然环境中,以便能够感知外界风速变化。这样一来,硅片很容易受到各种污染,导致其性能的不稳定,甚至损坏。如果采用热导率较高的陶瓷基片,利用倒装焊封装或者导热胶贴附的方式对传感器硅芯片进行封装,就能够较好的避免上述的矛盾,但是封装后传感器产生的热量绝大部分以热传导的方式从硅基衬底耗散掉,仅有很小的一部分通过陶瓷与外界空气进行了热交换,大大降低输出敏感信号的幅值,通过增大传感器的功耗能够提高敏感信号的幅值,但又造成整个传感器系统较大的功耗。本发明根据以往硅风速风向传感器存在的问题,提出了一种利用金金键合技术实现的基于陶瓷封装CMOS集成的热式风速风向传感器,设计结构在保证与标准CMOS工艺兼容以及实现圆片级封装的同时,能够大大降低加热元件在硅基衬底上的热传导,在较低功耗下可以获得较大的输出信号。并通过最后一步湿法腐蚀技术,实现加热元件和硅衬底的完全热隔离和解决在圆片级封装过程中的电引出问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于金金键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法。设计的传感器结构以及封装形式有利于在保证较大敏感信号幅值的同时,传感器系统具有较低的功耗。
本发明采用如下技术方案:
一种基于金金键合工艺的热式风速风向传感器,包括陶瓷芯片和减薄硅芯片,减薄硅芯片位于陶瓷芯片的下方,在减薄硅芯片的上表面四边对称分布设有4个热传感测温元件,每个热传感测温元件上热连接有2个下热连接焊盘且每个热传感测温元件电连接有2个下电连接焊盘,在下热连接焊盘上设置有下热连接金凸点,在下电连接焊盘上设置有下电连接金凸点,在陶瓷芯片的下表面上设有与每个下热连接焊盘相对应的上热连接金凸点和上热连接焊盘以及每个下电连接焊盘相对应的上电连接金凸点和上电连接焊盘,其特征在于在减薄硅芯片上表面位于4个热传感测温元件中间位置设有空腔,在4个热传感测温元件四周位置与陶瓷芯片上电引出金凸点相对应区域设置有空腔,空腔的深度为30微米至50微米,用于加热元件与减薄硅芯片之间的热隔离,并用于最后圆片级释放时,陶瓷芯片上电引出金凸点的露出,加热元件设在陶瓷芯片的下表面上。
一种基于金金键合工艺的热式风速风向传感器的制备方法如下所述:
第一步,陶瓷芯片的制备
步骤1,在陶瓷芯片的背面旋涂光刻胶并利用光刻工艺进行光刻胶的图形化;
步骤2,利用溅射工艺制备金属铂层,并利用剥离工艺对金属铂层进行图形化,完成陶瓷片上加热元件、上热连接焊盘、上电连接焊盘以及电引出焊盘的制备;
步骤3,再次旋涂光刻胶并利用光刻工艺对光刻胶进行图形化;
步骤4,利用溅射工艺制备金属金层,并利用剥离工艺对金属金层进行图形化,用于在上热连接焊盘、上电连接焊盘以及电引出焊盘上制备上热连接金凸点、上电连接金凸点以及电引出金凸点的制备;
第二步,减薄硅芯片的制备
步骤1,在硅芯片表面热生长第一热氧化层;
步骤2,在第一热氧化层上制备多晶硅,作为热传感测温元件的一个端;
步骤3,在多晶硅上化学气相淀积氧化层,并利用刻蚀工艺制备通孔;
步骤4,溅射并图形化金属铝,作为热传感测温元件的另一端;
步骤5,化学气相淀积氧化层,并制备通孔;
步骤6,化学气相淀积金属铝,并图形化制备下电连接焊盘和下热连接焊盘;
步骤7,旋涂光刻胶并图形化,溅射金属金层,并利用剥离工艺制备下热连接金凸点和下电连接金凸点;
步骤8,利用干法刻蚀工艺在硅芯片正表面制备30微米至50微米深度的隔热用空腔和电引出金凸点露出用空腔,此深度定义了传感器最终减薄硅芯片的衬底厚度;
第三步,金金键合封装
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