一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境參數(shù)的測量及傳感器的結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的企業(yè)先后在我們的身邊安家落戶，導(dǎo)致無論在中國還是在國際社會中，社會環(huán)境問題非常普遍而且日益嚴(yán)重，近年來，由于自然災(zāi)害的逐漸增多，氣象檢測在人們生活中的地位也越來越高，因此對環(huán)境參數(shù)的測量成為人們關(guān)注的焦點，因而對環(huán)境參數(shù)傳感器的要求也就越來越高。傳統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)測量方法主要用風(fēng)杯來測量風(fēng)速，用風(fēng)標(biāo)來測量風(fēng)向，這些機(jī)械裝置不僅體積較大而且需要經(jīng)常檢查維護(hù)，需要耗費大量的人力物力，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在又研制出硅薄膜式傳感器和硅懸梁式傳感器，這兩種傳感器體積小，價格低，但是這兩種傳感器的工作環(huán)境隨外界環(huán)境變化而變化，誤差較大、精度較低。傳統(tǒng)的氣體參數(shù)傳感器集成度低，傳感器工作溫度隨環(huán)境溫度而變，現(xiàn)在又研制出使用鎳鉻絲對傳感器單元進(jìn)行加熱，但是這種加熱方式不均勻，加熱面積小，且易造成熱量的浪費，傳感器精度低，誤差大。
[0003]本發(fā)明的一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器彌補(bǔ)了現(xiàn)有傳感器的部分不足，采用MEMS技術(shù)，將環(huán)境參數(shù)參數(shù)的測量和環(huán)境氣體參數(shù)的測量有效集成在一個傳感器中，整個傳感器結(jié)構(gòu)體積小、重量輕、價格低。本傳感器結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有鎳鉻合金膜加熱線圈，可為各傳感器單元提供最適的工作溫度，同時本傳感器的懸臂梁式結(jié)構(gòu)可大大減小熱量的散失、降低功耗、提高能量利用率。對于實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的實時檢測具有重大的研宄意義和應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的環(huán)境參數(shù)傳感器測量參數(shù)單一、受環(huán)境溫濕度影響較大、工作溫度隨環(huán)境溫度變化、精度低、體積大、成本高等問題，而提出的一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器及其結(jié)構(gòu)。
[0005]一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器，它由硅基底(I)、二氧化硅絕緣層(2)、鎳鉻合金膜加熱線圈、環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤、氧化鋁絕緣層￠)、環(huán)境參數(shù)傳感器單元、環(huán)境溫濕度傳感器單元、加熱溫度傳感器單元(9)、連接線(10)和凹槽組成；所述的硅基底(I)與所述的鎳鉻合金膜加熱線圈、環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤，通過二氧化硅絕緣層(2)連接并實現(xiàn)絕緣，所述的鎳鉻合金膜加熱線圈與所述的環(huán)境參數(shù)傳感器單元、環(huán)境溫濕度傳感器單元、加熱溫度傳感器單元(9)、連接線(10)通過氧化鋁絕緣層(6)連接并實現(xiàn)絕緣。
[0006]進(jìn)一步，該傳感器各部分結(jié)構(gòu)間的連接方式:該傳感器由鎳鉻合金膜加熱線圈、環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤、環(huán)境參數(shù)傳感器單元、環(huán)境溫濕度傳感器單元和加熱溫度傳感器單元(9)單元構(gòu)成；鎳鉻合金膜加熱線圈是2個，鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤是4個，鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(5-1)和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(5-4)兩部分分別與鎳鉻合金膜加熱線圈(3-1)相連并為之提供加熱電壓，鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(5-2)和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(5-3)兩部分分別與鎳鉻合金膜加熱線圈(3-2)相連并為之提供加熱電壓；環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤是16個，環(huán)境參數(shù)傳感器單元是8個，環(huán)境溫濕度傳感器單元是2個，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-1)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-2)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-8)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-2)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-3)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-1)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-3)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-6)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-2)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-6)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-7)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-3)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-7)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-8)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-4)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-8)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-9)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-5)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-11)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-14)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-6)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-14)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-15)分別與環(huán)境參數(shù)傳感器單元(7-7)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-4)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-5)分別與環(huán)境濕度傳感器單元(8-1)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-12)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-13)分別與環(huán)境溫度傳感器單元(8-2)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-10)和環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤(4-16)分別與加熱溫度傳感器單元(9)的兩端相連并為之提供工作電壓。
[0007]進(jìn)一步，該傳感器采用兩組半圓形同心環(huán)形鎳鉻合金膜加熱線圈，對各傳感器單元進(jìn)行對稱、均勻加熱。
[0008]進(jìn)一步，該傳感器采用懸臂梁式結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步，該傳感器的對稱結(jié)構(gòu):硅基底(I)和二氧化硅絕緣層(2)的尺寸為8000MmX8000Mm，并且是中心對稱的正方形結(jié)構(gòu)；鎳鉻合金膜加熱線圈、環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤關(guān)于坐標(biāo)軸呈中心對稱結(jié)構(gòu)；氧化鋁絕緣層(6)關(guān)于坐標(biāo)軸呈中心對稱結(jié)構(gòu)；環(huán)境參數(shù)傳感器單元和凹槽關(guān)于坐標(biāo)軸呈中心對稱結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步，該傳感器環(huán)境參數(shù)傳感器單元、環(huán)境溫濕度傳感器單元和加熱溫度傳感器單元(9)分布在8000MmX8000Mm的平面上。
[0011]一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器，其特征在于:它由硅基底、二氧化硅絕緣層、鎳鉻合金膜加熱線圈、16個環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤、4個鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤、氧化鋁絕緣層、8個環(huán)境參數(shù)傳感器單元、I個環(huán)境溫濕度傳感器單元、I個加熱溫度傳感器單元、連接線和凹槽組成。其結(jié)構(gòu)形成過程為:先在硅基底上表面氧化生成一層二氧化硅絕緣層，再在二氧化硅絕緣層上表面通過磁控濺射技術(shù)生成一層鎳鉻合金膜加熱線圈、16個環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤和4個鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤，依次使用磁控濺射與氧化的方法在二氧化硅絕緣層和鎳鉻合金膜加熱線圈之上生成一層氧化鋁絕緣層，并露出環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤，然后使用磁控濺射技術(shù)在對應(yīng)焊盤上濺射一定厚度的對應(yīng)大小的焊盤，再在焊盤、氧化鋁絕緣層之上再生長16個一定厚度的環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤、4個鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤、8個環(huán)境參數(shù)傳感器單元、I個環(huán)境溫濕度傳感器單元、I個加熱溫度傳感器單元和連接線，最后進(jìn)行鏤空處理，先用鹽酸對氧化鋁絕緣層進(jìn)行鏤空形成4個凹槽，再用氫氟酸對二氧化硅絕緣層進(jìn)行鏤空形成4個凹槽，然后用EPW腐蝕劑對硅基底進(jìn)行鏤空形成4個凹槽，最后再用EPW腐蝕劑，對硅底部進(jìn)行鏤空，形成I個凹槽，至此，一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器就形成了。
[0012]本傳感器的結(jié)構(gòu)通過以下幾個步驟實現(xiàn):
[0013]步驟一:準(zhǔn)備規(guī)格為8000X8000X 300Mm3的硅片作為基底，清潔基底表面。
[0014]步驟二:用氫氟酸清洗掉硅上表面已被氧化生成的二氧化硅，通過干氧-濕氧-干氧交替氧化的方法，生長一層二氧化硅絕緣層，厚度為2Mm。
[0015]步驟三:在二氧化硅絕緣層上通過磁控濺射技術(shù)，生長一層鎳鉻合金膜加熱線圈、環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤，厚度均等，為2Mm，鎳鉻合金膜加熱線圈，最大半徑為2000Mm，環(huán)形線圈寬度為200Mm，線圈之間間隔為200Mm，最小的環(huán)形線圈半徑為400Mm，整個鎳鉻合金膜加熱線圈被分成兩個部分，分別和4個鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤相連，鎳鉻合金膜加熱線圈的兩部分相距50Mm，環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤尺寸為700 X 700 X 2Mm3,鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤尺寸為800 X 800 X 2Mm3;兩部分鎳鉻合金膜加熱線圈與鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤通過寬度為50Mm鎳鉻合金膜連接線相連。
[0016]步驟四:在通過上述步驟形成的整個結(jié)構(gòu)中，再通過磁控濺射技術(shù)，濺射一層鋁，經(jīng)氧化后形成一層厚度為5Mm氧化鋁絕緣層，并露出環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤。
[0017]步驟五:先在20個焊盤的對應(yīng)位置上采用磁控濺射技術(shù)，生成厚度為5Mm的環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤，使各個焊盤上表面的高度和氧化鋁絕緣層上表面的高度平齊，再使用磁控濺射技術(shù)，生成厚度為2Mm的環(huán)境參數(shù)傳感器單元焊盤、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤、環(huán)境參數(shù)傳感器單元、環(huán)境溫濕度傳感器單元、加熱溫度傳感器單元和連接線。
[0018]步驟六:整體結(jié)構(gòu)形成后，采用鏤空技術(shù)，形成凹槽，分別用鹽酸、HF酸和EPW腐蝕劑對氧化鋁絕緣層、二氧化硅絕緣層和硅基底從正面對結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕，再用EPW腐蝕劑從背面對硅基底進(jìn)行腐蝕，就可以得到一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點為:一種鎳鉻合金膜加熱溫度可控環(huán)境參數(shù)集成傳感器可通過鎳鉻合金膜加熱線圈對傳感器進(jìn)行加熱，中間加熱線圈溫度傳感器可實時檢測傳感器工作溫度，為各個傳感器單元提供適宜的工作溫度，由此提高了本傳感器的精度；一種懸臂梁式結(jié)構(gòu)可大大減小熱量的散失，降低功耗、節(jié)約能源；傳感器結(jié)構(gòu)的對稱設(shè)計，可減小外界環(huán)境帶來的誤差，進(jìn)一步提高本傳感器的測量精度；溫濕度傳感器的添加，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理電路提供測量參數(shù)，進(jìn)行溫濕度自補(bǔ)償計算；借助MEMS技術(shù)，將環(huán)境參數(shù)的測量和氣體參數(shù)的測量集成在一個傳感中，可使本傳感器體積減小、重量減輕、價格降低、集成度變高。
【附圖說明】
[0020]圖1為一種鎳鉻合金膜加熱的環(huán)境參數(shù)集成傳感器的拼裝圖。
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