[发明专利]一种热温差型风速传感器及其制备方法和检测方法

说明书

本发明提出一种热温差型风速传感器，包括陶瓷衬底、布置在陶瓷衬底上的发热元件、布置在陶瓷衬底正面且以发热元件为中心呈中心对称分布的至少两组感温元件，布置在陶瓷衬底背面且与感温元件位置正对应的至少两组测温元件。进一步，发热元件为布置在陶瓷衬底背面的加热电阻，通过施加直流电发热；感温元件是金属块，测温元件是电感线圈。还公开了这种热温差型风速传感器的制备方法，以及基于这种热温差型风速传感器的风速检测方法。通过这种结构的热温差型风速传感器，实现正面感风的风速检测，提高风速传感器的灵敏度并降低功耗，同时还能避免采用键合线技术和衬底通孔技术，成本低，易于产业化生产。

技术领域

本发明提出了一种热温差型风速传感器及其检测方法，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

风速检测与日常生活紧密相关，并在工农业生产、能源开发、交通旅游、气象预报以及物联网等诸多领域都起着非常重要的作用。传统的微电子机械(MEMS)风速传感器由于无法解决正面引线的问题，大多采用背面感风的方式工作，由于背面直接与风场作用，其上下游温差大于正面上下游温差,从而导致传感器的灵敏度不高，功耗过大。

申请号201410325164.1的专利公布了一种正面感风方式的三维集成正面感风的热式风速风向传感器装置及封装方法，包括采用正面感风方式的热式风速风向传感器、CMOS电路芯片和印制电路基板，热式风速风向传感器包括低导热率衬底(热导率低于1W/m·K)，在衬底的正面设置有加热元件、测温元件和焊盘，在衬底的正面淀积钝化保护层，实现正面感风；CMOS电路芯片设置在衬底的背面和印制电路基板之间，在衬底和CMOS电路芯片对应焊盘的位置设置有通孔，在通孔内填充有金属物质，金属物质的两端分别与焊盘和印制电路基板上的焊点焊接。这种方法虽然实现了正面感风，但仍需在衬底中穿孔，同时也需要涉及键合线技术，且结构上和制作工艺上仍存在一定复杂性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明专利提出一种新型的热温差型风速传感器及其检测方法，在实现正面感风的风速检测的同时，还能避免采用键合线技术和衬底通孔技术。

本发明所公开的热温差型风速传感器，包括陶瓷衬底、布置在陶瓷衬底上的发热元件、布置在陶瓷衬底正面且以发热元件为中心呈中心对称分布的至少两组感温元件，布置在陶瓷衬底背面且与感温元件位置正对应的至少两组测温元件。

进一步，发热元件为布置在陶瓷衬底背面的加热电阻，通过施加直流电发热。

进一步，感温元件是金属块，测温元件是电感线圈。

进一步，陶瓷衬底的厚度为300-500微米，热导率小于30W/mk。

进一步，测温元件与发热元件之间的直线距离至少大于陶瓷衬底的厚度。

本发明还公开一种热温差型风速传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、准备绝缘的陶瓷衬底；

S2、在陶瓷衬底正面旋涂光刻胶,固化；

S3、利用光刻技术去除正面需要生长元件部分的光刻胶；

S4、溅射金属材料，泡入丙酮溶液中，剥离，形成衬底正面的感温元件；

S5、在陶瓷衬底背面旋涂光刻胶，固化；

S6、利用光刻技术去除背面需要生长元件部分的光刻胶；

S7、溅射金属材料、泡入丙酮溶液中，剥离，形成衬底背面的发热元件和

测温元件。

进一步，热温差型风速传感器的感温元件是金属块，测温元件是电感线圈，发热元件是加热电阻。