[发明专利]一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种热风速传感器，具体来说，涉及一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器。

背景技术

热风速传感器在风速、风向的测量中有广泛的应用，而随着近些年国内外自然灾害逐步增多，对于气象监测的要求越来越高，因此实现高灵敏度的热风速传感器具有重要的意义。在传统的倒封装结构热风速传感器中一般都采用两种方法来实现芯片与基板的封装：第一种是采用倒装焊技术，第二种是直接利用导热胶将芯片和基板粘在一起来实现封装。但这两种方法都有一些不可忽略的缺点，其中倒装焊技术并不能实现最终封装，而且芯片的敏感区域暴露在空气中，仍需要额外的保护措施；第二种利用导热胶直接粘合的方法也很难避免由于胶的不均匀及其横向传热对传感器灵敏度的负面影响。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器，该结构的热风速传感器可减小硅衬底横向传热的影响，提高传感器的灵敏度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器，该热风速传感器包括硅衬底、四个测温元件、加热元件、铜膜层、碳纳米管层、镍膜层和热绝缘介质层，硅衬底的顶面与铜膜层的底面连接，铜膜层的顶面与碳纳米管层的底面连接，碳纳米管层的顶面与镍膜层的底面连接；加热元件和四个测温元件分别嵌至在硅衬底的底面上，四个测温元件均匀分布在加热元件的周边，且测温元件以加热元件为中心相互对称，加热元件和测温元件之间设有一环形热隔离槽，该热隔离槽的顶面到硅衬底的顶面距离小于50微米；热绝缘介质层覆盖在硅衬底的外表面；碳纳米管层由呈阵列排列的碳纳米管组成，每个碳纳米管呈竖直放置。

进一步，所述的基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器，还包括陶瓷基板，陶瓷基板的底面与镍膜层的顶面连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）传感器的灵敏度高。传统用胶封装的热风速传感器，由于粘接胶层的厚度较大且不均匀，导致热量在粘接胶层中传递效果不佳，严重影响传感器的灵敏度。本发明采用碳纳米管层替换粘接胶层。碳纳米管层轴向传热性能好，碳纳米管层之间基本上不会传热，故将碳纳米管呈竖直放置。这样，从铜膜层或者镍膜层传来的热量，碳纳米管可以充分将其传送，而不在碳纳米管之间横向传送。

另外，本发明的热风速传感器中的硅衬底上设置了一环形热隔离槽，隔离了加热元件和测温元件，使加热元件产生的热量不会直接传送到测温元件上。这也有助于提高传感器的灵敏度。最后，在硅衬底的外表面包覆一热绝缘介质层，可以避免环境风将加热元件产生的热量吹至测温元件上，使得加热元件产生的热量通过硅衬底向上传递。这同样可以提高传感器的灵敏度。

（2）热均匀性好。本发明通过热隔离槽、热绝缘介质和碳纳米管阵列的设计有效降低了加热元件产生的热量通过芯片和封装向两边测量元件的传递，提高了器件的灵敏度，采用薄膜工艺生长碳纳米管，厚度可控且一致性好，比传统用胶封装具有更好的热均匀性。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

其中：硅衬底1、两个测温元件2、加热元件3、铜膜层4、碳纳米管层5和镍膜层6、陶瓷基板7、热绝缘介质层8、热隔离槽101。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。