[发明专利]基于阳极键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用阳极键合技术实现的圆片级封装热式风速风向传感器，制备工艺与标准CMOS工艺兼容，尤其涉及一种低功耗的基于玻璃和陶瓷封装的集成风速风向传感器及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阳极键合技术实现的圆片级封装的热式风速风向传感器的结构及其制备方法，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：

一种基于阳极键合工艺的热式风速风向传感器，包括减薄硅芯片，所述减薄硅芯片的背面通过导热胶连接有陶瓷传感基板，在减薄硅芯片的正面设有氧化层，在氧化层的中部设有4个多晶硅加热元件及4个热传感测温元件，在氧化层的边缘区域设有电引出焊盘，4个多晶硅加热元件及4个热传感测温元件分别通过金属引线与电引出焊盘连接，其特征在于，在氧化层上设有能够露出减薄硅芯片的键合用空腔，在键合用空腔中露出的减薄硅芯片上键合有封装玻璃基板且由设在封装玻璃基板的键合用凸台与所露出的减薄硅芯片键合，在封装玻璃基板设有能使电引出焊盘露出的电引出用通孔。

一种基于阳极键合工艺的热式风速风向传感器的制备方法如下：

第一步，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作为热传感测温元件一个端的第一多晶硅，以及作为多晶硅加热元件的第二多晶硅；

步骤3，在第一热氧化层、第一多晶硅及第二多晶硅上化学气相淀积第二氧化层，并由第一热氧化层与第二氧化层形成氧化层，并利用刻蚀工艺制备在第一多晶硅以及多晶硅加热元件上方氧化层上刻蚀出通孔；

步骤4，溅射并图形化金属铝，其中金属铝作为热传感测温元件的另一端以及电引出端，金属铝作为多晶硅加热元件的电引出端，金属铝作为电引出焊盘；

步骤5，干法刻蚀氧化层直至露出硅衬底，制得键合用空腔；第二步，封装玻璃基板

步骤1，准备与硅芯片尺寸外形相同的玻璃基板；

步骤2，在玻璃基板上表面利用光刻工艺和湿法腐蚀工艺对玻璃正表面进行选择性腐蚀，制备出键合用凸台；

步骤3，在玻璃基板上表面利用激光刻蚀工艺制备电引出用通孔；第三步，后处理

步骤1，阳极键合封装：利用硅-玻璃阳极键合技术，将硅芯片的正表面和封装玻璃基板的键合用凸台表面进行阳极键合；

步骤2，硅芯片减薄：利用减薄工艺对键合后的芯片中的硅芯片进行减薄，完成减薄硅芯片的制备；

步骤3，陶瓷片贴封：将陶瓷传感基板通过导热胶贴封于减薄硅芯片的背面；第四步，划片，完成传感器的制作。