晶圆级封装的热式MEMS流量传感器芯片及其制作方法与流程

本发明属于传感器，尤其涉及mems流量传感器的封装。

背景技术：

1、微机电系统(mems)技术是目前国内的研究热点，热式mems流量传感器包括敏感芯片(以下简称芯片)、芯片安装板以及固定于芯片安装板上的气流通道三部分组成。

2、芯片通常包括芯片框架、悬挂于芯片框架中央上表面的发热电阻和测温电阻，两个测温电阻分布于发热电阻两侧。发热电阻、两个测温电阻平行分布且分布方向与气流方向垂直。采用mems技术制作的芯片具有加工工艺成熟、与半导体工艺兼容性好、易于批量制造、性能一致性好、测量精度高等特点。

3、现有的热式mems流量传感器的气流通道通常采用注塑工艺形成，气流通道通过胶黏剂固定于芯片安装板上。受限于模具的加工误差、注塑工艺偏差、固定安装偏差，现有的气流通道存在尺寸一致性差、热形变大等缺点，导致不同传感器的气体流道截面积不同，导致传感器替换性差、测量精度差等问题，不满足航空航天、精密仪器、化工研究等领域对高精度气体流量传感器的需求。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有热式mems流量传感器替换性差、测量精度差的问题，现提供晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片及其制作方法。

2、晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，芯片表面通过晶圆级键合工艺设有通道构件6，所述通道构件6与芯片的电阻之间构成气流通道。

3、进一步的，上述气流通道的截面为矩形、圆弧形或流线形。

4、进一步的，上述通道构件6的材料为硅晶圆或玻璃晶圆。

5、进一步的，上述芯片包括：单晶硅片1、氧化硅层2、氮化硅层3、电阻4和电极5，氧化硅层2覆盖在单晶硅片1的上下两侧，氮化硅层3覆盖在氧化硅层2表面，单晶硅片1、氧化硅层2和氮化硅层3构成芯片框架，所述芯片框架底部开有释放通孔，电阻4设置在芯片框架顶部的氮化硅层3上，电极5用于电阻4的电信号引出。

6、进一步的，上述单晶硅片1为双面抛光的单晶硅片，氧化硅层2厚度为10000nm，氮化硅层3厚度为200nm。

7、进一步的，上述电阻4的材料为钛或铂，电阻4的厚度为500nm。

8、进一步的，上述电极5的材料为金，电极5的厚度为100nm。

9、晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片的制作方法，通过光刻、刻蚀或腐蚀工艺在硅晶圆或玻璃晶圆材料上加工偶的气流通道，通过晶圆级键合技术将通道构件6键合在芯片表面，使得芯片的电阻位于气流通道中。

10、进一步的，上述芯片的制备方法为：

11、在单晶硅片1的两侧通过热氧化的方式制备氧化硅层2，之后通过低压化学气相沉积的方法在氧化硅层2表面制备氮化硅层3；

12、通过磁控溅射的方式在上表面的氮化硅层3上沉积钛/铂薄膜，并通过光刻或刻蚀工艺将钛/铂薄膜制成发热/测温电阻；

13、通过热蒸发的方式在钛/铂薄膜上沉积金薄膜，并光刻或刻蚀工艺制备电极5；

14、通过光刻或刻蚀工艺清除释放区和键合区，以及硅片背面的氧化硅层2和氮化硅层3。

15、本发明提出一种晶圆级封装的高精度mems流量传感器芯片，该芯片采用mems工艺制作气流通道，并且采用先进的mems晶圆级键合工艺将气流通道整体安装于芯片上，将气流通道的截面加工误差和安装误差从毫米级降低至微米级。本发明提出的晶圆级制作方法适合批量制造，解决了现有热式mems流量传感器替换性差、测量精度差等问题。

16、以目前主流的6英寸晶圆为基础，芯片面积为4mm×4mm的情况下，单张晶圆可以同时制造1000只传感器芯片，可以同时安装1000个气流通道，加工误差和安装误差都可以达到10微米以下。

技术特征：

1.晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，其特征在于，芯片表面通过晶圆级键合工艺设有通道构件(6)，所述通道构件(6)与芯片的电阻之间构成气流通道。

2.根据权利要求1所述的晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，其特征在于，所述气流通道的截面为矩形、圆弧形或流线形。

3.根据权利要求1或2所述的晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，其特征在于，所述通道构件(6)的材料为硅晶圆或玻璃晶圆。

4.根据权利要求3所述的晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，其特征在于，所述芯片包括：单晶硅片(1)、氧化硅层(2)、氮化硅层(3)、电阻(4)和电极(5)，

5.根据权利要求4所述的晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，其特征在于，单晶硅片(1)为双面抛光的单晶硅片，氧化硅层(2)厚度为10000nm，氮化硅层(3)厚度为200nm。

6.根据权利要求4所述的晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，其特征在于，电阻(4)的材料为钛或铂，电阻(4)的厚度为500nm。

7.根据权利要求4所述的晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片，其特征在于，电极(5)的材料为金，电极(5)的厚度为100nm。

8.晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片的制作方法，其特征在于，通过光刻、刻蚀或腐蚀工艺在硅晶圆或玻璃晶圆材料上加工偶的气流通道，

9.根据权利要求8所述的晶圆级封装的热式mems流量传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述芯片的制备方法为：

技术总结晶圆级封装的热式MEMS流量传感器芯片及其制作方法，涉及传感器技术领域。本发明是为了解决现有热式MEMS流量传感器替换性差、测量精度差的问题。本发明所述的晶圆级封装的热式MEMS流量传感器芯片，芯片表面通过晶圆级键合工艺设有通道构件，所述通道构件与芯片的电阻之间构成气流通道。采用MEMS工艺制作气流通道，并且采用先进的MEMS晶圆级键合工艺将气流通道整体安装于芯片上，将气流通道的截面加工误差和安装误差从毫米级降低至微米级。技术研发人员：刘智辉,李子旭,李玉玲,于海超,刘志远,顾博,陈冬卅,吴双宇,姜晓龙,柳微微受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十九研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/13