自校准温度传感器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种自校准温度传感器芯片及其制备方法。该自校准温度传感器芯片包括衬底、至少一种相变材料、测温电阻以及加热电阻，衬底具有相对的第一表面和第二表面，衬底还具有与第一表面连通的至少一个凹槽；各凹槽中密封设置有一种相变材料，各相变材料具有不同的相变温度；测温电阻与第二表面连接；加热电阻与第一表面连接，并靠近凹槽设置，用于加热相变材料。利用上述自校准温度传感器芯片能够在不破坏传感器结构的情况下进行温度自校准，实现温度检测的准确性，避免长期工作后出现测温不准确的情况发生。

Self-calibrating temperature sensor chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
自校准温度传感器芯片及其制备方法
本专利技术涉及微纳米制造领域，具体而言，涉及一种自校准温度传感器芯片及其制备方法。
技术介绍
温度传感器在生产生活中的应用已随处可见，发动机、各种仪器设备、电子产品等都需要实时监测温度，确保仪器设备的长期稳定工作。然而，目前的航空航天、核工业、航海、地下勘探等行业的设备往往具有长时间运行，不容易更换或者拆卸等情况。其所用的温度传感器也随即存在以下问题：温度传感器在长期使用后，内部材料性能参数发生变化，会出现测量上的偏差，对于精密控温这样的要求无法达到；这些温度传感器在设备内部不易拆卸或不能拆卸，传感器测量不准确时不方便去校准计量。本专利技术将会解决此类问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种自校准温度传感器芯片及其制备方法，以解决现有技术中温度传感器无法实现长时间精确测温的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种自校准温度传感器芯片，包括：衬底，具有相对的第一表面和第二表面，衬底具有与第一表面连通的至少一个凹槽；至少一种相变材料，各凹槽中密封设置有一种相变材料，各相变材料具有不同的相变温度；测温电阻，与第二表面连接；加热电阻，与第一表面连接，并靠近凹槽设置，用于加热相变材料。进一步地，凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽中填充的相变材料的相变温度为0～100℃，第二凹槽中填充的相变材料的相变温度为0～200℃。进一步地，各相变材料独立地选自镓基合金、铜镓合金和镓铟锡合金中的任一种。进一步地，各凹槽的容积相等。进一步地，加热电阻的材料和测温电阻的材料独立地选自铂、铜、镍和铁中的任一种或多种。进一步地，自校准温度传感器芯片还包括设置于第一表面的第一保护层，第一保护层具有至少一个第一通孔，第一通孔与凹槽一一对应连通，加热电阻通过第一保护层与第一表面连接，优选第一保护层选自Si3N4、SiO2、SiC、Au、Al和Ni中任一种。进一步地，自校准温度传感器芯片还包括设置于第二表面的第二保护层，测温电阻通过第二保护层与第二表面连接，优选第二保护层选自Si3N4、SiO2和SiC中任一种。进一步地，自校准温度传感器芯片还包括：键合层，设置于衬底具有第一表面的一侧，键合层具有至少一个第二通孔，第二通孔与凹槽一一对应连通；密封材料，填充于第二通孔中，用于将相变材料密封在凹槽中，优选密封材料选自聚乙烯、聚酰亚胺和玻璃中的任一种或多种。根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述的自校准温度传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：在衬底中形成至少一个凹槽，各凹槽与衬底的第一表面连通；在衬底的第二表面上连接设置测温电阻，并在衬底的第一表面上连接设置加热电阻，第二表面与第一表面相对设置；在凹槽中填充相变材料，并将相变材料密封于凹槽中，位于各凹槽中的相变材料具有不同的相变温度。进一步地，在形成凹槽的步骤之前，上述制备方法还包括在第一表面形成第一保护层的步骤，形成凹槽的步骤包括：在第一保护层中形成至少一个第一通孔；在衬底中形成与第一通孔一一对应的凹槽，使凹槽与第一通孔连通，在设置加热电阻的步骤中，在第一保护层表面形成加热电阻。进一步地，在形成凹槽的步骤之前，上述制备方法还包括在第二表面形成第二保护层的步骤，在设置测温电阻的步骤中，在第二保护层表面形成测温电阻。进一步地，在填充相变材料的步骤之前，上述制备方法还包括以下步骤：在第一保护层表面形成键合层；在键合层中形成第二通孔，且使第二通孔与第一通孔连通，在填充相变材料的步骤中，通过第二通孔向凹槽中填充相变材料，以使相变材料全部位于凹槽中，或相变材料全部位于凹槽和第一通孔中；在密封相变材料的步骤中，在第二通孔中填充密封材料，以将相变材料密封，优选采用微流控技术将相变材料注入凹槽中。应用本专利技术的技术方案，提供了一种自校准温度传感器芯片，该自校准温度传感器芯片中的加热电阻和测温电阻独立地位于衬底的两侧，加热电阻起到加热器件的作用，在自校准过程中提供热源，测温电阻作为感温元件，在测量和自校准的过程中起着检测温度和检测电阻的作用，相变材料在衬底的凹槽中。传感器需要自校准时，启动热源加热，相变材料吸收热量后发生物理状态变化，由于相变材料的特性，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，而这个温度值对特定的材料是已经明确的，从而利用这个较长时间稳定的温度值，可以完成感温元件的校准。利用上述自校准温度传感器芯片能够在不破坏传感器结构的情况下进行温度自校准，实现温度检测的准确性，避免长期工作后出现测温不准确的情况发生。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术实施方式所提供的一种自校准温度传感器芯片的剖面结构示意图；图2示出了在本申请实施方式所提供的自校准温度传感器芯片的制备方法中，在衬底的第一表面形成第一保护层并在衬底的第二表面形成第二保护层后的基体立体结构示意图；图3示出了在图2所示的第一保护层中形成至少一个第一通孔后的基体立体结构示意图；图4示出了在图3所示的衬底中形成与第一通孔一一对应的凹槽后的基体立体结构示意图；图5示出了在图4所示的衬底的第一表面上连接设置加热电阻后的基体立体结构示意图；图6示出了在图5所示的衬底的第二表面上连接设置测温电阻后的基体立体结构示意图；图7示出了在图6所示的凹槽中填充相变材料并将相变材料密封于凹槽中后的基体立体结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、衬底；110、凹槽；20、第一保护层；210、第一通孔；30、第二保护层；40、键合层；410、第二通孔；50、相变材料；60、密封材料；70、测温电阻；80、加热电阻。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。正如
技术介绍
中所介绍的，现有技术中的温度传感器存在以下问题：温度传感器在长期使用后，内部材料性能参数发生变化，会出现测量上的偏差，对于精密控温这样的要求无法达到；一些传感器在设备内部不易拆卸或不能拆卸，传感器测量不准确时更换不方便。本专利技术的专利技术人针对上述问题进行研究，提出了一种自校准温度传感器芯片，如图1所示，包括衬底10、至少一种相变材料50、测温电阻70和加热电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自校准温度传感器芯片，其特征在于，包括：衬底(10)，具有相对的第一表面和第二表面，所述衬底(10)具有与所述第一表面连通的至少一个凹槽(110)；至少一种相变材料(50)，各所述凹槽(110)中密封设置有一种所述相变材料(50)，各所述相变材料(50)具有不同的相变温度；测温电阻(70)，与所述第二表面连接；加热电阻(80)，与所述第一表面连接，并靠近所述凹槽设置，用于加热所述相变材料(50)。

【技术特征摘要】
1.一种自校准温度传感器芯片，其特征在于，包括：衬底(10)，具有相对的第一表面和第二表面，所述衬底(10)具有与所述第一表面连通的至少一个凹槽(110)；至少一种相变材料(50)，各所述凹槽(110)中密封设置有一种所述相变材料(50)，各所述相变材料(50)具有不同的相变温度；测温电阻(70)，与所述第二表面连接；加热电阻(80)，与所述第一表面连接，并靠近所述凹槽设置，用于加热所述相变材料(50)。2.根据权利要求1所述的自校准温度传感器芯片，其特征在于，所述凹槽(110)包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽中填充的所述相变材料(50)的相变温度为0～100℃，所述第二凹槽中填充的所述相变材料(50)的相变温度为0～200℃。3.根据权利要求1或2所述的自校准温度传感器芯片，其特征在于，各所述相变材料(50)独立地选自镓基合金、铜镓合金和镓铟锡合金中的任一种。4.根据权利要求1或2所述的自校准温度传感器芯片，其特征在于，各所述凹槽(110)的容积相等。5.根据权利要求1所述的自校准温度传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻(80)的材料和所述测温电阻(70)的材料独立地选自铂、铜、镍和铁中的任一种或多种。6.根据权利要求1所述的自校准温度传感器芯片，其特征在于，所述自校准温度传感器芯片还包括设置于所述第一表面的第一保护层(20)，所述第一保护层(20)具有至少一个第一通孔(210)，所述第一通孔(210)与所述凹槽(110)一一对应连通，所述加热电阻(80)通过所述第一保护层(30)与所述第一表面连接，优选所述第一保护层(20)选自Si3N4、SiO2、SiC、Au、Al和Ni中任一种。7.根据权利要求1所述的自校准温度传感器芯片，其特征在于，所述自校准温度传感器芯片还包括设置于所述第二表面的第二保护层(30)，所述测温电阻(70)通过所述第二保护层(30)与所述第二表面连接，优选所述第二保护层(30)选自Si3N4、SiO2和SiC中任一种。8.根据权利要求1所述的自校准温度传感器芯片，其特征在于，所述自校准温度传感器芯片还包括：键合层(40)，设置于所述衬底(10)具有所述第一表面的一侧，所述键合层(40)具有至少一个第二通孔(410)，所述第二通孔(410)与所述凹槽(110)一一对应连通；密封材料(60)，填充于所述第二通孔(410)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志刚，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11