一种具有微流道的MEMS封装陶瓷基板及其制备方法、微系统和应用与流程

本发明涉及微电子封装领域，尤其涉及具有微流道的mems封装陶瓷基板领域。

背景技术：

1、阵列式多通道压力测量装置广泛应用于风洞试验或飞行试验中，可实现压力的多通道快速测量，其中mems压阻敏感芯片是压力测量装置的核心器件，对压力测量装置整体性能具有决定性影响。

2、目前阵列式多通道压力测量装置综合性能提升面临着一些核心问题有待解决优化。一方面，mems压阻敏感芯片装置在装配过程中，由于与封装材料之间存在热膨胀系数差异，不可避免地引入热应力。另一方面，温度分布场的不均匀，导致压阻敏感芯片的性能漂移，制约了产品的长时稳定性，影响了测量结果的精度。

3、一般地，装配至陶瓷基板的温度传感器或利用集成在mems压阻敏感芯片表面的温度传感器获取压阻敏感芯片工作状态温度，由于mems压阻敏感芯片处于具有多种热力学特性的材料体系中并且其工作状态中存在自发热，这造成压阻敏感条的温度状态-测试表征困难的影响，装配至陶瓷基板上的温度传感器不能准确表征处于工作状态下的压阻敏感芯片压敏敏感条的温度状态，这使得温度补偿精度受限。

4、中国专利文件cn 112857655 a公开了一种基于陶瓷基板的阵列式压力测量装置，属于陶瓷基板的阵列式压力测量装置技术领域，该技术方案公开了内置于陶瓷基板内部的微流道结构的技术特征，微流道内通冷却工质，以实现对电路的冷却。该技术方案存在的不足是，仅凭微流道的冷却作用，难以实现对电路的精确控温；尤其是在测试高温气体等的压力时，还需要对电路进行快速升温到特定温度，并精确控温，仅凭上述方案是无法实现的。

5、因此，本发明要解决的第一个技术问题是克服现有技术的不足，提供一种控温速度快、控温精度高、压力测量结果精度高的具有微流道的mems封装陶瓷基板。

6、中国专利文件cn 114121850a 公开了一种嵌入液冷微流道陶瓷封装结构、陶瓷封装外壳及其制备方法，并具体公开在陶瓷片上加工微通道结构，并在微通道内填充牺牲材料，在烧结过程中，牺牲材料汽化排出，从而形成内置的微流道。该技术方案未公开具体的牺牲材料的材质、形态及填充过程，而且普通的填充方法很难保证微流道的尺寸精度和结构完整性。

7、因此，本发明要解决的第二个技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、制程稳定、微流道尺寸可控和结构完整、可实现批量化生产的具有微流道的mems封装陶瓷基板的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于解决上述问题，提供一种控温速度快、控温精度高、压力测量结果精度高的具有微流道的mems封装陶瓷基板，并提出了如下的技术方案：

2、一种具有微流道的mems封装陶瓷基板，包括：第一微流道、第二微流道和电通道；第一微流道设置于陶瓷基板内部，贯穿陶瓷基板的上表面或下表面的至少一个面；第二微流道沿陶瓷基板的平面方向的前、后、左或右的至少一个面；陶瓷基板的内部设置还设置有发热电极。

3、第一微流道的主要作用是连通测量流体介质，保持两端气压的一致性。

4、第二微流道的主要作用是通冷却工质，用于降低陶瓷基板的温度。

5、发热电极的主要作用是通过电加热，来提高陶瓷基板的温度。

6、需要提出的是，第二微流道和发热电极是相互配合，来实现对陶瓷基板的精确控温的。

7、陶瓷基板的介质为低温烧结陶瓷，诸如dupont 951或dupont 940等；也可以是高温烧结陶瓷，诸如96%氧化铝，或者99%氧化铝，或者氮化铝陶瓷等。

8、发热电极为导体银、钌或者氧化钌等，也可以是导体钨、钼或者钼锰合金等。

9、进一步地，上述具有微流道的mems封装陶瓷基板自上而下依次为：第一微流道、发热电极和第二微流道。

10、进一步地，上述第一微流道的高度小于等于所述陶瓷基板厚度的1/2。

11、第一微流道的高度，直接影响微流道的成型难度和陶瓷基板整体的平面度；第一微流道的高度小于等于所述陶瓷基板厚度的1/3，有利于保证陶瓷基板的整体质量。

12、进一步地，上述第一微流道的宽度与高度相等。

13、进一步地，上述电通道包括信号输入通道、信号输出通道、电源通道和接地面通道。当芯片与所述信号输入通道、信号输出通道、电源通道和接地面通道相连接，分别实现信号的输入、输出、压阻敏感芯片的供电和接地参考。

14、进一步地，上述电通道在陶瓷基板的上表面和下表面均引出金属焊盘。

15、本发明的第二个目的是提供一种工艺简单、制程稳定、可实现批量化生产的具有微流道的mems封装陶瓷基板的制备方法，并提出了如下的技术方案：

16、具有微流道的mems封装陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：

17、第1步：通过流延成型的方式，得到生瓷片；

18、第2步：将所述生瓷片，分别按厚度进行组合叠压，得到第一生瓷组合片、第二生瓷组合片、第三生瓷组合片、第四生瓷组合片和第五生瓷组合片；

19、第3步：所述第一生瓷组合片设置顶面金属焊盘、金属过孔；所述第二生瓷组合片设置金属过孔和所述第一微流道；所述第三生瓷组合片设置金属过孔和所述发热电极；所述第四生瓷组合片设置金属过孔和所述第二微流道；所述第五生瓷组合片金属过孔和底面金属焊盘；

20、第4步：将步骤3所述第一生瓷组合片、第二生瓷组合片、第三生瓷组合片、第四生瓷组合片依次组合叠压、切割，得到生坯；

21、第5步：将所述生坯进行排胶、共烧结、表面镀覆，得到具有微流道的mems封装陶瓷基板的制备方法。

22、进一步地，上述第一微流道和第二微流道中设置有碳胶，碳胶包含5%~20%的pvb和80%~95%的碳颗粒，碳胶经流延成型和精密分切而成，碳胶长宽高尺寸与第一微流道和第二微流道的尺寸相等。

23、碳胶在生瓷片成型阶段填充到微流道内，用于支撑包括微流道免受或减少成型压力的影响，最大程度地保持微流道结构和尺寸的稳定性，在生坯排胶阶段，碳胶发生氧化而汽化排除，从而形成微流道空腔。

24、本发明的第三个目的是提供一种包含具有微流道的mems封装陶瓷基板的微系统，并提出了如下的技术方案：

25、微系统，包括具有微流道的mems封装陶瓷基板，陶瓷基板的上部封装有压阻敏感芯片，所述压阻敏感芯片与所述信号输入通道、信号输出通道、电源通道和接地面通道相连接，分别实现信号的输入、输出、压阻敏感芯片的供电和接地参考。

26、本发明的第四个目的是提供一种上述微系统在气体压力传感器的应用，并提出了如下的技术方案：

27、微系统在气体压力传感器的应用。

28、本发明公开的具有微流道的mems封装陶瓷基板及其制备方法、微系统和应用，与现有技术相比具有以下有益效果：

29、（1）直接在陶瓷基板内嵌设微流道，利用冷却介质在微流道内的流动，直接对发热元件进行冷却散热，能够提高陶瓷封装器件的散热效果，满足微型化产品散热的需求。

30、（2）发热电极可以实现对待测流体介质的快速升温，发热电极与内嵌微流道的相互配合，可以实现对待测流体介质的精准控温。

31、（3）微流道直接设置在陶瓷基板内部，发热电极与陶瓷基板的集成设置，不占用陶瓷基板的外部空间，减少产品的空间占用率，利于产品的小型化设计。

32、（4）适合高集成度、更高性能、更高工作频率的微型化产品的设计，符合时代的需求。

33、（5）采用流延、叠压、开孔、印刷、叠压、切割、烧结、金属化等工艺路线，工艺简单、制程稳定、可实现批量化生产。

34、（6）微系统中的芯片与陶瓷基板的垂直互联技术，具有线路短、封装密度高、小型化、可靠性高的特点。

35、（7）在气体压力传感器的应用，具有控温精度高，从而实现了压力测试结果的高精度。