[发明专利]一种MEMS温度传感器的封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS温度传感器的封装结构及其制造方法，属于半导体技术领域。 

背景技术

温度传感器是用来测量物体或者环境温度的传感器电子元件，被广泛应用与物联网的各个终端，近些年来，随着MEMS技术的迅速发展，不同于传统的温敏电阻式温度传感器，一些由MEMS可动结构制作的温度传感器正在走出实验室，进入市场。MEMS温度传感器的基本原理为：环境温度的变化使得不同热涨系数的材料产生了程度不同的形变，改性别能够改变其材料内部的电阻率或者改变微平板电容的电容值，从而产生了电学信号的变化。

就目前的研究和应用情况来看，基于MEMS结构的温度传感器大多为开放形式，该形式能够精确地将环境温度传递到MEMS结构的敏感区域，从而准确的测量出温度信号。2007年，东南大学黄庆安教授的科研小组提出了一种使用薄膜工艺和体硅工艺制作的三材料悬臂梁温度传感器；2008年，中国计量学院设计制作了一种能够测量加热电阻丝温度或外接环境温度的温度传感器，该MEMS传感由两块面对面键合的衬底组成，与东南大学的方案一样，为开放式无封装的结构；2010年，D. Marioli等人设计了一种无封装的插指型MEMS电容式温度传感器，被应用于无源无线温度测试的场合。然而，在某些应用领域，如充满化学杂质污染的环境中，开放的传感器器件容易受到杂质影响而导致性能下降或器件损伤，于是需要对温度传感器进行封装。2003年，D. Sparks等人提出了一种MEMS器件真空封装的方法，并且在密封腔体中内置了温度传感器，然而该温度传感器只能通过衬底的热传导来探测外界温度，响应时间长，不利于高频率的实时监测；类似的，Z. Xue等人于2005年为了测量MEMS微通道内的温度，对比了外置型温度传感器和内置型温度传感器的性能，研究结果发现，由于封装衬底较厚，热传导通道较长，外置型温度传感器的响应时间要明显长于内置型温度传感器；从上述研究情况可知，传热路径的长度决定了有封装的温度传感器的响应时间，如何缩短传热路径是缩短温度传感器响应时间的一种方法。2005年，密歇根大学的A. D. DeHennis等人采用了从封盖上直接制作MEMS温度传感器结构的方法对其进行封装，但该方法能够很大在程度上缩短传热路径，但是其缺点在于：制作工艺复杂且与其他传感器制作的工艺兼容性差。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、制作方便的MEMS温度传感器的封装结构及其制造方法，该封装结构的特点在于能够最大程度地缩短MEMS温度传感器与外界环境之间的热传导路径，并且不增加有的制造工艺步骤，密闭腔室与热传导通道在一步键合工艺中同时形成。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案。

一种MEMS温度传感器的封装结构，包括：MEMS衬底、MEMS温度传感器、薄膜封帽、密封键合材料、连接MEMS温度传感器与薄膜封帽的热传导通道，所述MEMS衬底上承载有MEMS温度传感器，薄膜封帽覆盖在MEMS衬底上，薄膜封帽与MEMS衬底之间形成容纳MEMS温度传感器的腔体，所述薄膜封帽的边缘与MEMS衬底之间通过密封键合材料密封，所述薄膜封帽与MEMS温度传感器之间通过热传导通道连接，热传导通道位于MEMS温度传感器的固定端上方，所述密封键合材料与MEMS衬底、薄膜封帽之间以及所述热传导通道与MEMS温度传感器、薄膜封帽之间分别设有粘附层。

所述MEMS温度传感器为双材料悬臂结构或可动插指结构。

所述粘附层由一层或多层金属组成。

所述MEMS衬底的材料为：硅、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化镓、砷化镓、磷硅玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃、锗、锗化硅、氧化铝、氮化铝、碳化铝、氮化钛、氧化钛、碳化钛、氧化锌、硫化镉、碲化镉、磷化铟、锗酸铋、氧化锡、氧化铁、五氧化二钒、氧化锆、氧化镁、氧化镍、氧化钴、氧化钾-氧化铁、铬酸镁-氧化钛、氧化锌-氧化锂-氧化钒、硫化锌、氮化铟、镁铝尖晶石、铝酸锂、镓酸锂、二硼化锆、高分子材料或金属、合金材料。

所述的薄膜封帽的材料为：硅、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化镓、砷化镓、磷硅玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃、锗、锗化硅、氧化铝、氮化铝、碳化铝、氮化钛、氧化钛、碳化钛、氧化锌、硫化镉、碲化镉、磷化铟、锗酸铋、氧化锡、氧化铁、五氧化二钒、氧化锆、氧化镁、氧化镍、氧化钴、氧化钾-氧化铁、铬酸镁-氧化钛、氧化锌-氧化锂-氧化钒、硫化锌、氮化铟、镁铝尖晶石、铝酸锂、镓酸锂、二硼化锆、高分子材料或金属、合金材料，厚度为2微米至100微米。