一种气体流量传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种气体流量传感器及其制作方法。气体流量传感器包括：热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖；上气罩盖设置在热膜敏感芯片顶部，且上气罩盖与热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第一气体流动通道；下气罩盖设置在热膜敏感芯片底部，且下气罩盖与热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第二气体流动通道；热膜敏感芯片上衬底的热膨胀系数、上气罩盖的热膨胀系数以及下气罩盖的材质的热膨胀系数均相同。本发明专利技术通过键合的方式，减小气体流量传感器的整体尺寸，应用上更为方便灵活，采用键合的技术，提高了气体流量传感器的气密性。采用相同热膨胀系数的材料，避免装配气罩带来的残余应力，提高气体流量传感器的耐温度冲击能力。

【技术实现步骤摘要】
一种气体流量传感器及其制作方法
本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种气体流量传感器及其制作方法。
技术介绍
气体流量传感器应用广泛，极大的影响着社会各行各业的发展。随着微电子技术及微机电系统技术的发展，开发出一种热膜式气体流量传感器，热膜式空气质量流量传感器依据“气体的放热量或吸热量与该气体的质量流量成正比”的理论，利用加热电路对传感器探头加热，气体流动时带走一部分热量使探头的温度改变，从而测得气体的质量。这种热膜式气体流量传感器需要一个气罩，热膜式气体流量传感器上的敏感芯片与气罩密闭连接，使气体以一定的方向流经敏感芯片。但是，该热膜式气体流量传感器会出现热失配现象，又容易出现密封不严或是高低温失效的问题，而且抗振动和隔热性不能兼容。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种气体流量传感器及其制作方法，降低气体流量传感器的体积和成本，提高稳定性和耐温度冲击能力。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种气体流量传感器，包括：热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖；所述上气罩盖设置在所述热膜敏感芯片顶部，且所述上气罩盖与所述热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第一气体流动通道；所述下气罩盖设置在所述热膜敏感芯片底部，且所述下气罩盖与所述热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第二气体流动通道；其中，所述热膜敏感芯片上衬底的热膨胀系数、所述上气罩盖的热膨胀系数以及所述下气罩盖的热膨胀系数均相同。其中，所述热膜敏感芯片上衬底的材质、所述上气罩盖的材质以及所述下气罩盖的材质均相同。其中，所述热膜敏感芯片上衬底的材质为单晶硅。其中，所述热膜敏感芯片，包括：衬底、加热电阻和测温电阻；所述加热电阻和所述测温电阻均设置在所述衬底的顶部上，且均位于第一气体流动通道中；所述测温电阻包括：第一测温电阻和第二测温电阻，且第一测温电阻和第二测温电阻位于加热电阻的两侧，以使第一气体流动通道中流通的气体依次流经第一测温电阻、加热电阻和第二测温电阻。其中，所述衬底上，沿着气体流通方向上的两端厚度大于中部的厚度。其中，所述衬底上设有贯穿衬底的通槽。其中，所述通槽包括：第一通槽和第二通槽；所述第一通槽设置在第一测温电阻与加热电阻之间；所述第二通槽设置在第二测温电阻与加热电阻之间。另一方面，本专利技术还提供了一种基于上述实施例的气体流量传感器的制作方法，包括：通过微机电系统加工出热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖；将热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖键合在一起。其中，所述通过微机电系统加工出热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖的步骤，包括：对单晶硅进行热氧化处理，使单晶硅表面形成二氧化硅绝缘层；在二氧化硅绝缘层上沉积氮化硅绝缘层，并腐蚀掉单晶硅顶部的氮化硅绝缘层；在单晶硅顶部沉积金属膜，并对金属膜进行刻蚀形成测温电阻和加热电阻；对单晶硅进行退火处理后在单晶硅的顶部沉积绝缘钝化层；在单晶硅的顶部和底部分别光刻出通槽的图形和待腐蚀的图形，并去除通槽图形上的绝缘钝化层和待腐蚀图形上的绝缘钝化层；按照待腐蚀的图形对单晶硅的底部进行腐蚀，并达到预设的腐蚀深度后，按照通槽的图形对单晶硅的顶部进行刻蚀，形成贯穿单晶硅的通槽。其中，所述将热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖键合在一起的步骤，包括：将上气罩盖与热膜敏感芯片相键合的一侧、以及下气罩盖与热膜敏感芯片相键合的一侧均涂覆BCB胶，并对BCB胶进行烘烤固化；将涂覆BCB胶的上气罩盖和下气罩盖分别对准热膜敏感芯片；在键合机中对上气罩盖和下气罩盖施加预设压力和预设温度完成键合。本专利技术提供的一种气体流量传感器及其制作方法，通过键合的方式，大大减小气体流量传感器的整体尺寸，使气体流量传感器的使用更为方便灵活，由于采用键合的技术，提高了气体流量传感器的气密性。采用相同热膨胀系数的材料，避免装配气罩带来的残余应力，提高气体流量传感器的耐温度冲击能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供一种气体流量传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供一种气体流量传感器中热膜敏感芯片的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供一种气体流量传感器中上气罩盖的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供一种气体流量传感器中下气罩盖的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供一种气体流量传感器的制作方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种气体流量传感器，参见图1，该气体流量传感器采用三层结构，包括：热膜敏感芯片102、上气罩盖101和下气罩盖103；热膜敏感芯片102、上气罩盖101和下气罩盖103的结构分别是经过微机电系统加工的基片，通过键合的方法形成一体，构成气体流量传感器，能够大大减小气体流量传感器的整体尺寸，使气体流量传感器整体结构的一致性更好，后续应用更为方便灵活。其中，上气罩盖101设置在热膜敏感芯片102顶部，且上气罩盖101与热膜敏感芯片102键合后形成供气体流通的第一气体流动通道11；下气罩盖103设置在热膜敏感芯片102底部，且下气罩盖103与热膜敏感芯片102键合后形成供气体流通的第二气体流动通道22；其中，热膜敏感芯片102上衬底的热膨胀系数、上气罩盖101的热膨胀系数以及下气罩盖103的热膨胀系数均相同或相近似。需要说明的是，热膜敏感芯片102上衬底的材质为单晶硅，因此在热膨胀系数相同的情况下，上气罩盖101材质和下气罩盖103的材质均与热膜敏感芯片102上衬底的材质相同，为单晶硅；若热膨胀系数相近似，则热膜敏感芯片102上衬底的材质为单晶硅，上气罩盖101和下气罩盖103中一个或二个的材质为：硼硅玻璃。优选地，热膜敏感芯片102的材质、上气罩盖101的材质和下气罩盖103的材质都采用单晶硅，材料力学和热学匹配，并采用硅-硅的圆片级的键合工艺，保障气体流量传感器上键合面的气密性，避免粘贴或气罩装配带来的残余应力，提高气体流量传感器的耐温度冲击能力。在具体实施时，热膜敏感芯片102，包括：衬底1、加热电阻2和测温电阻3；参见图2，加热电阻2和测温电阻3均设置在衬底1的顶部上，且均位于第一气体流动通道11中；测温电阻3包括：第一测温电阻和第二测温电阻，且第一测温电阻和第二测温电阻位于加热电阻2的两侧，以使第一气体流动通道中流通的气体依次流经第一测温电阻、加热电阻2和第二测温电阻。需要说明的是，热膜敏感芯片102上的加热电阻2和测温电阻3是在衬底1上制作的，衬底1为N型单晶硅。单晶硅经过氧化后，在上面溅射或蒸发金属铂薄膜，按照预先设计的结构将金属铂薄膜刻蚀成为电阻结构，分别为：加热电阻2及两侧各一个测温电阻3，同时将加热电阻2和两个测温电阻3通过衬底上的引线连接到衬底1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体流量传感器，其特征在于，包括：热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖；所述上气罩盖设置在所述热膜敏感芯片顶部，且所述上气罩盖与所述热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第一气体流动通道；所述下气罩盖设置在所述热膜敏感芯片底部，且所述下气罩盖与所述热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第二气体流动通道；其中，所述热膜敏感芯片上衬底的热膨胀系数、所述上气罩盖的热膨胀系数以及所述下气罩盖的热膨胀系数均相同。

【技术特征摘要】
1.一种气体流量传感器，其特征在于，包括：热膜敏感芯片、上气罩盖和下气罩盖；所述上气罩盖设置在所述热膜敏感芯片顶部，且所述上气罩盖与所述热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第一气体流动通道；所述下气罩盖设置在所述热膜敏感芯片底部，且所述下气罩盖与所述热膜敏感芯片键合后形成供气体流通的第二气体流动通道；其中，所述热膜敏感芯片上衬底的热膨胀系数、所述上气罩盖的热膨胀系数以及所述下气罩盖的热膨胀系数均相同。2.根据权利要求1所述的气体流量传感器，其特征在于，所述热膜敏感芯片上衬底的材质、所述上气罩盖的材质以及所述下气罩盖的材质均相同。3.根据权利要求2所述的气体流量传感器，其特征在于，所述热膜敏感芯片上衬底的材质为单晶硅。4.根据权利要求1所述的气体流量传感器，其特征在于，所述热膜敏感芯片，包括：衬底、加热电阻和测温电阻；所述加热电阻和所述测温电阻均设置在所述衬底的顶部上，且均位于第一气体流动通道中；所述测温电阻包括：第一测温电阻和第二测温电阻，且第一测温电阻和第二测温电阻位于加热电阻的两侧，以使第一气体流动通道中流通的气体依次流经第一测温电阻、加热电阻和第二测温电阻。5.根据权利要求4所述的气体流量传感器，其特征在于，所述衬底上，沿着气体流通方向上的两端厚度大于中部的厚度。6.根据权利要求4所述的气体流量传感器，其特征在于，所述衬底上设有贯穿衬底的通槽。7.根据权利要求6所述的气体流量传感器，其特征在于，所述通槽包括：第一通槽和第二通...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘志强，金健飞，
申请(专利权)人：北京天创金农科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11