CN117783402A - 具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，在基板中集成了导电连接件，用于替代外接引线，减少了外接引线产生的接触电阻，减少了检测器的噪声干扰，提高了检测器的信噪比，从而降低了检测器的检测限，且对外仅提供四个焊盘接口，方便器件的使用。
Description
技术领域
本发明属于微机电系统领域，涉及一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法。
背景技术
热导检测器是基于不同气体的热导率差异实现检测的，微热导检测器具有灵敏度高、体积小、功耗低的优势，能满足气相色谱系统微型化的需求。
微热导检测器由微沟道和热敏电阻组成，其中，较为常用的微热导检测器的设置包括两个微沟道即参考微沟道与测量微沟道，四个相同的热敏电阻连接构成惠斯通电桥以增加器件的灵敏度和抗干扰能力。其中，惠斯通电桥中的一组热敏电阻置于参考微沟道内，另一组热敏电阻则置于测量微沟道，当两个微沟道持续通过相同载气时，惠斯通电桥平衡，无输出信号，而当载气携带待测样品气体通过测量微沟道时，气体的热导率变化导致热敏电阻发生变化，惠斯通电桥失衡输出电信号，进而得到气体的色谱图。
现有的微热导检测器通常由四个热敏电阻组成，对外电接口为八个金属焊盘，通过在焊盘上打线以在片外连接形成惠斯通电桥。这种片外连接方式引入了接触电阻，一方面接触电阻的不一致会增大惠斯通电桥的零点误差，另一方面接触电阻引入的干扰信号会降低器件的信噪比并限制了器件检测限的进一步降低，且外接引线需要按照特定的方式连接成惠斯通电桥，不方便使用。
因此，提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，用于解决现有技术中微热导检测器因其结构带来的信噪比低以及使用不便的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器，所述微热导检测器包括：
基板，所述基板中设置有参考微沟道及测量微沟道；
热敏电阻，所述热敏电阻包括通过支撑结构悬挂于所述测量微沟道内且沿气流方向设置的第一热敏电阻与第四热敏电阻，以及通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道内且沿气流方向设置的第二热敏电阻与第三热敏电阻；
导电连接件，所述导电连接件连接所述热敏电阻构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置且位于所述参考微沟道与所述测量微沟道之间的所述基板上的第一引线、第二引线及堆叠跨线结构，所述第一引线连接所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻，所述第二引线连接所述第三热敏电阻与所述第四热敏电阻，所述堆叠跨线结构自下而上包括叠置的第一绝缘层、底部引线、第二绝缘层及顶部跨线，且所述底部引线连接所述第一热敏电阻及所述第三热敏电阻，所述顶部跨线贯穿所述第二绝缘层连接所述第二热敏电阻与所述第四热敏电阻；
盖板，所述盖板与所述基板键合，通过所述盖板覆盖所述参考微沟道及所述测量微沟道构成参考闭合微沟道及测量闭合微沟道。
可选地，所述支撑结构呈网状；所述支撑结构包括位于所述热敏电阻下表面的第一介质层及位于所述热敏电阻上表面的第二介质层。
可选地，所述导电连接件中的焊盘显露于所述盖板；所述导电连接件与所述热敏电阻具有相同材质。
可选地，所述盖板设置于所述基板的相对两侧，或所述盖板仅设置于所述基板的一侧；所述盖板临近所述基板的一侧设置有盖板容置槽。
可选地，所述基板包括硅基板、绝缘体上硅基板、陶瓷基板或玻璃基板；所述盖板包括硅盖板、绝缘体上硅盖板、陶瓷盖板或玻璃盖板。
本发明还提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的制备方法，包括以下步骤：
提供基板；
于所述基板上形成热敏电阻、导电连接件及支撑结构，所述热敏电阻包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻及第四热敏电阻，其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置的第一引线、第二引线及堆叠跨线结构，所述第一引线连接所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻，所述第二引线连接所述第三热敏电阻与所述第四热敏电阻，所述堆叠跨线结构自下而上包括叠置的第一绝缘层、底部引线、第二绝缘层及顶部跨线，且所述底部引线连接所述第一热敏电阻及所述第三热敏电阻，所述顶部跨线贯穿所述第二绝缘层连接所述第二热敏电阻与所述第四热敏电阻；
提供上盖板，并将所述上盖板键合于所述基板的上表面；
自所述基板的下表面图形化所述基板，形成参考微沟道及测量微沟道，所述第一引线、所述第二引线及所述堆叠跨线结构位于所述参考微沟道与所述测量微沟道之间的所述基板上，且所述第一热敏电阻与所述第四热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道内且沿气流方向设置，所述第二热敏电阻与所述第三热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道内且沿气流方向设置；
提供下盖板，并将所述下盖板键合于所述基板的下表面，结合所述上盖板及所述下盖板覆盖所述参考微沟道及所述测量微沟道形成参考闭合微沟道及测量闭合微沟道。
本发明还提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的制备方法，包括以下步骤：
提供基板；
于所述基板上形成热敏电阻、导电连接件及支撑结构，所述热敏电阻包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻及第四热敏电阻，其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置的所述基板上的第一引线、第二引线及堆叠跨线结构，所述第一引线连接所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻，所述第二引线连接所述第三热敏电阻与所述第四热敏电阻，所述堆叠跨线结构自下而上包括叠置的第一绝缘层、底部引线、第二绝缘层及顶部跨线，且所述底部引线连接所述第一热敏电阻及所述第三热敏电阻，所述顶部跨线贯穿所述第二绝缘层连接所述第二热敏电阻与所述第四热敏电阻；
图形化所述基板形成底部位于所述基板中的参考微沟道及测量微沟道，所述第一引线、所述第二引线及所述堆叠跨线结构位于所述参考微沟道与所述测量微沟道之间的所述基板上，且所述第一热敏电阻与所述第四热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道内且沿气流方向设置，所述第二热敏电阻与所述第三热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道内且沿气流方向设置；
提供上盖板并将所述上盖板键合于所述基板的上表面，通过所述上盖板覆盖所述参考微沟道及所述测量微沟道形成参考闭合微沟道及测量闭合微沟道。
可选地，在键合时，所述基板中具有基板容置槽，和/或所述上盖板中具有盖板容置槽。
可选地，形成的所述支撑结构呈网状结构。
可选地，在制备所述热敏电阻的同时制备所述第一引线、所述第二引线、所述底部引线及焊盘；所述焊盘显露于所述上盖板。
如上所述，本发明的具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，在基板中集成了导电连接件，用于替代外接引线，减少了外接引线产生的接触电阻，减少了检测器的零点误差和噪声干扰，提高了检测器的信噪比，从而降低了检测器的检测限，且对外仅提供四个焊盘接口，方便器件的使用。
附图说明
图1显示为本发明实施例一及实施例二中基于硅基板的具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的立体结构示意图。
图2显示为图1中热敏电阻与支撑结构的结构示意图。
图3a、图3b及图4显示为图1中惠斯通电桥的布局示意图。
图5显示为本发明实施例一中制备具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的工艺流程图。
图6～图10显示为本发明实施例一中基于硅基板制备具有片上惠斯通电桥的微热导检测器各步骤所呈现的结构示意图。
图11显示为本发明实施例二中制备具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的工艺流程图。
图12～图13显示为本发明实施例二中基于硅基板制备具有片上惠斯通电桥的微热导检测器各步骤所呈现的结构示意图。
图14～图18显示为本发明实施例三中基于绝缘体上硅基板制备具有片上惠斯通电桥的微热导检测器各步骤所呈现的结构示意图。
图19～图21显示为本发明实施例四中基于绝缘体上硅基板制备具有片上惠斯通电桥的微热导检测器各步骤所呈现的结构示意图。
附图标记说明
100 硅基板
110 氧化硅层
120 基板容置槽
210 玻璃上盖板
211 盖板容置槽
220 玻璃下盖板
301 参考微沟道
302 测量微沟道
311 参考闭合微沟道
312 测量闭合微沟道
400 热敏电阻
401 第一热敏电阻
402 第二热敏电阻
403 第三热敏电阻
404 第四热敏电阻
501 第一引线
502 第二引线
503 堆叠跨线结构
513 底部引线
523 第二绝缘层
533 顶部跨线
543 第一绝缘层
504 焊盘
601 第一介质层
602 第二介质层
111 绝缘体上硅基板
101 底层硅
102 埋氧层
103 顶层硅
700 保护层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向，可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触，另外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
参阅图1～图10，本实施例提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器，所述微热导检测器包括：基板、热敏电阻400、导电连接件及盖板，所述基板中设置有参考微沟道301及测量微沟道302；所述热敏电阻400包括通过支撑结构悬挂于所述测量微沟道302内且沿气流方向设置的第一热敏电阻401与第四热敏电阻404，以及通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道301内且沿气流方向设置的第二热敏电阻402与第三热敏电阻403；所述导电连接件连接所述热敏电阻400构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置且位于所述参考微沟道301与所述测量微沟道302之间的所述基板上的第一引线501、第二引线502及堆叠跨线结构503，所述第一引线501连接所述第一热敏电阻401与所述第二热敏电阻402，所述第二引线502连接所述第三热敏电阻403与所述第四热敏电阻404，所述堆叠跨线结构503自下而上包括叠置的第一绝缘层543、底部引线513、第二绝缘层523及顶部跨线533，且所述底部引线513连接所述第一热敏电阻401及所述第三热敏电阻403，所述顶部跨线533贯穿所述第二绝缘层523连接所述第二热敏电阻402与所述第四热敏电阻404；所述盖板与所述基板键合，通过所述盖板覆盖所述参考微沟道301及所述测量微沟道302构成参考闭合微沟道311及测量闭合微沟道312。
具体的，本实施例中，所述第一热敏电阻401用R1代表，所述第二热敏电阻402用R2代表，所述第三热敏电阻403用R3代表，所述第四热敏电阻404用R4代表，所述第一热敏电阻401与所述第四热敏电阻404通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道302内且沿气流方向设置，优选悬挂于所述测量微沟道302正中央，并沿气流方向平行放置；所述第二热敏电阻402与所述第三热敏电阻403通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道301内且沿气流方向设置，优选悬挂于所述参考微沟道301正中央，并沿气流方向平行放置。
所述导电连接件位于所述基板上，包括绝缘设置且位于所述参考微沟道301与所述测量微沟道302之间的所述基板上的所述第一引线501、所述第二引线502及所述堆叠跨线结构503，所述堆叠跨线结构503自下而上包括叠置的所述第一绝缘层543、所述底部引线513、所述第二绝缘层523及所述顶部跨线533。其中，所述第一引线501连接所述第一热敏电阻401与所述第二热敏电阻402，所述第二引线连接502所述第三热敏电阻403与所述第四热敏电阻404，所述底部引线513连接所述第一热敏电阻401及所述第三热敏电阻403，所述顶部跨线433则贯穿所述第二绝缘层523连接所述第二热敏电阻402与所述第四热敏电阻404，从而通过所述导电连接件连接所述热敏电阻400构成所述惠斯通电桥，与所述惠斯通电桥连接的焊盘504记作Pad1、Pad2、Pad3、Pad4，其中，Pad1、Pad3作为电源端，Pad2、Pad4作为信号端。
本实施例中，由于所述导电连接件集成于所述基板中，从而可替代外接引线进行电连接，减少了外接引线产生的接触电阻，减少了检测器的零点误差和噪声干扰，降低了检测器的检测限。
进一步的，优选所述导电连接件中的所述焊盘504显露于所述盖板，从而四个所述焊盘504的接口可方便进行电性连接及方便器件的使用，但所述焊盘504的位置设置并非局限于此。
作为示例，所述基板可包括硅基板100、绝缘体上硅基板、陶瓷基板或玻璃基板；所述盖板可包括硅盖板、绝缘体上硅盖板、陶瓷盖板或玻璃盖板。
具体的，参阅图1～图10，本实施例中所述基板采用所述硅基板100，所述盖板采用玻璃盖板，且所述盖板设置于所述基板的相对两侧，即包括玻璃上盖板210及玻璃下盖板220，但所述微热导检测器的材质的选择并非局限于此，如根据需要所述硅基板100也可替换为绝缘体上硅基板、陶瓷基板或玻璃基板等，所述玻璃上盖板210也可替换为硅上盖板、绝缘体上硅上盖板或陶瓷上盖板等，所述玻璃下盖板220也可替换为硅下盖板、绝缘体上硅下盖板或陶瓷下盖板等。
作为示例，所述盖板临近所述基板的一侧设置有盖板容置槽211。
具体的，参阅图10，根据需要所述玻璃上盖板210在临近所述硅基板100的一侧设置有为所述支撑结构、所述导电连接件提供足够的空间的所述盖板容置槽211，但并非局限于此，当所述硅基板100可提供足够的空间时，也可不在所述玻璃上盖板210中设置所述盖板容置槽211，此处不作过分限定。
作为示例，所述支撑结构呈网状结构。
具体的，参阅图2、图3a及图3b，所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道301及所述测量微沟道302内，且优选所述支撑结构悬挂于微沟道正中央，沿气流方向平行放置。当所述支撑结构采用网状结构时，能够提高位于所述支撑结构上的所述热敏电阻400的接触面积，增加灵敏度。当然根据需要，所述支撑结构也可采用其他形貌，此处不作过分限制。
作为示例，所述支撑结构包括自下而上叠置的第一介质层601及第二介质层602。
本实施例中，所述支撑结构由所述第一介质层601及所述第二介质层602构成。其中，所述第一介质层601作为支撑层，所述第二介质层602作为保护层。所述第一介质层601可包括氧化硅层及氮化硅层中的一种或组合，所述第二介质层602可包括氧化硅层及氮化硅层中的一种或组合，具体可根据需要进行选择。
作为示例，所述导电连接件500与所述热敏电阻400具有相同材质，也可以采用不同材料。
其中，所述导电连接件形成于所述硅基板100的上表面，所述第一引线501、所述第二引线502、所述堆叠跨线结构503及所述焊盘504均通过所述第一介质层601与所述硅基板100绝缘，而在所述堆叠跨线结构503中，所述底部引线513与所述顶部跨线533之间则通过所述第二绝缘层523进行绝缘设置，本实施例中，为降低工艺复杂度，所述第一绝缘层543即为图形化的所述第一介质层601，所述第二绝缘层523即为图形化的所述第二介质层602，但并非局限于此。
其中，所述热敏电阻400所采用的材质可包括Pt/Ti叠层、Ni/Cr叠层、W/Ti叠层及W/Re叠层中的一种，具体可根据需要进行选择。所述导电连接件所采用的材质可包括Pt/Ti叠层、Ni/Cr叠层、W/Ti叠层、W/Re叠层、Al/Ti叠层及Au/Ti叠层中的一种。优选所述导电连接件与所述热敏电阻400采用相同的材质，以便于简化工艺，具体可根据需要进行选择。
参阅图5～图10，本实施例还提供一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供基板；
S2：于所述基板上形成热敏电阻400、导电连接件及支撑结构，所述热敏电阻400包括第一热敏电阻401、第二热敏电阻402、第三热敏电阻403及第四热敏电阻404，其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻400构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置的第一引线501、第二引线502及堆叠跨线结构503，所述第一引线501连接所述第一热敏电阻401与所述第二热敏电阻402，所述第二引线502连接所述第三热敏电阻503与所述第四热敏电阻504，所述堆叠跨线结构503自下而上包括叠置的第一绝缘层543、底部引线513、第二绝缘层523及顶部跨线533，且所述底部引线513连接所述第一热敏电阻401及所述第三热敏电阻403，所述顶部跨线533贯穿所述第二绝缘层523连接所述第二热敏电阻402与所述第四热敏电阻404；
S3：提供上盖板，并将所述上盖板键合于所述基板的上表面；
S4：自所述基板的下表面图形化所述基板，形成参考微沟道301及测量微沟道302，所述第一引线501、所述第二引线502及所述堆叠跨线结构503位于所述参考微沟道301与所述测量微沟道302之间的所述基板上，且所述第一热敏电阻401与所述第四热敏电阻404通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道302内且沿气流方向设置，所述第二热敏电阻402与所述第三热敏电阻403通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道301内且沿气流方向设置；
S5：提供下盖板，并将所述下盖板键合于所述基板的下表面，结合所述上盖板及所述下盖板覆盖所述参考微沟道301及所述测量微沟道302形成参考闭合微沟道311及测量闭合微沟道312。
上述关于具有片上惠斯通电桥的所述微热导检测器的制备可采用该方法，但并非局限于此，以下结合图6～图10，对本实施例有关所述微热导检测器的制备作进一步的介绍。
首先，参阅图5及图6，执行步骤S1，提供基板。
具体的，本实施例中，所述基板采用硅基板100，但并非局限于此，如根据需要所述基板也可替换为绝缘体上硅基板、陶瓷基板或玻璃基板等，关于所述基板的材质及尺寸的选择，此处不作过分限制。
接着，参阅图5～图9，执行步骤S2，于所述基板上形成热敏电阻400、导电连接件及支撑结构，所述热敏电阻400包括第一热敏电阻401、第二热敏电阻402、第三热敏电阻403及第四热敏电阻404，其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻400构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置的第一引线501、第二引线502及堆叠跨线结构503，所述第一引线501连接所述第一热敏电阻401与所述第二热敏电阻402，所述第二引线502连接所述第三热敏电阻503与所述第四热敏电阻504，所述堆叠跨线结构503自下而上包括叠置的第一绝缘层543、底部引线513、第二绝缘层523及顶部跨线533，且所述底部引线513连接所述第一热敏电阻401及所述第三热敏电阻403，所述顶部跨线533贯穿所述第二绝缘层523连接所述第二热敏电阻402与所述第四热敏电阻404。
本实施例中，所述支撑结构可包括自下而上叠置的第一介质层601及第二介质层602，所述热敏电阻400位于所述第一介质层601与所述第二介质层602之间，制备步骤可包括：
首先，如图6，于所述硅基板100的上表面先形成氧化硅层110。
接着，如图7，进行光刻后，用缓冲氧化物腐蚀液(Buffered Oxide Etchant，BOE)去除裸露的所述氧化硅层110，去胶，并以所述氧化硅层110作为掩膜，用KOH腐蚀液腐蚀裸露的所述硅基板100形成基板容置槽120，以为后续制备的所述支撑结构及导电连接件提供容置空间，便于后续的键合，但并非局限于此，如也可仅在后续的上盖板中形成具有容置所述支撑结构及导电连接件的盖板容置槽211，或在所述硅基板100及所述上盖板中均形成对应设置的容置槽，此处不作过分限定。
接着，如图7，去除由所述氧化硅层110构成的掩膜后，在所述硅基板100的上表面制备所述第一介质层601，如氧化硅(SiOx)层及氮化硅(SiNx)层的叠层或单层的氧化硅层或氮化硅层。
接着，如图8，在所述第一介质层601上形成所述热敏电阻400，其中，形成所述热敏电阻400的方法可采用溅射法，如可制备Pt/Ti叠层、Ni/Cr叠层、W/Ti叠层及W/Re叠层中的一种作为所述热敏电阻400，在进行光刻后，用离子束刻蚀工艺(Ion Beam Etching，IBE)刻蚀以图形化所述热敏电阻400，以制备所需的所述热敏电阻400，即所述第一热敏电阻401、所述第二热敏电阻402、所述第三热敏电阻403及所述第四热敏电阻404。
本实施例中，在制备所述热敏电阻400的同时，制备所述导电连接件中的所述第一引线501、所述第二引线502、所述底部引线513及焊盘504，以减少工艺步骤，其中，优选所述导电连接件中的电连接部件与所述热敏电阻400同材质，即所述第一引线501、所述第二引线502、所述底部引线513、所述焊盘504以及后续制备的顶部跨线533包括Pt/Ti叠层、Ni/Cr叠层、W/Ti叠层及W/Re叠层中的一种。
其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻400构成惠斯通电桥，由于所述导电连接件集成于所述基板中，从而可替代外接引线进行电连接，从而减少接触电阻的形成，减少检测器的噪声干扰。
接着，如图8，在所述热敏电阻400的表面制备所述第二介质层602，如氧化硅(SiOx)层及氮化硅(SiNx)层的叠层或单层的氧化硅层或氮化硅层，用于保护所述热敏电阻400。
接着，进行光刻，可采用反应离子刻蚀工艺(Reactive Ion Etching，RIE)刻蚀所述第二介质层602即所述第二绝缘层523形成贯通孔，而后可采用溅射法，形成所述顶部跨线533的金属层，而后通过光刻，再用IBE工艺刻蚀形成图形化的所述顶部跨线533，实现惠斯通电桥的片上连接。
接着，如图9，进行光刻，可采用RIE刻蚀所述第二介质层602和所述第一介质层601，以去除键合区和所述焊盘504区的所述介质层，便于后续键合工艺，以及使所述焊盘504暴露，以便于后续的封装焊接，以及刻蚀位于所述支撑结构内部的所述介质层，形成呈网状结构的所述支撑结构，以便于提高所述支撑结构与样品的接触面积，增加灵敏度。
接着，参阅图5及图10，执行步骤S3，提供上盖板，并将所述上盖板键合于所述基板的上表面。
本实施例中，所述上盖板采用玻璃上盖板210，但并非局限于此，如所述上盖板还可采用绝缘体上硅上盖板、陶瓷上盖板或硅上盖板等，关于所述上盖板的材质及尺寸的选择，此处不作过分限制。所述玻璃上盖板210与所述硅基板100可采用阳极键合。本实施例中，所述上盖板采用具有所述盖板容置槽211的盖板，但并非局限于此。
接着，参阅图5及图10，执行步骤S4，自所述基板的下表面图形化所述基板，形成参考微沟道301及测量微沟道302，所述第一引线501、所述第二引线502及所述堆叠跨线结构503位于所述参考微沟道301与所述测量微沟道302之间的所述基板上，且所述第一热敏电阻401与所述第四热敏电阻404通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道302内且沿气流方向设置，所述第二热敏电阻402与所述第三热敏电阻403通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道301内且沿气流方向设置。
具体的，自所述硅基板100的背面进行光刻，并可采用深反应离子刻蚀工艺(DeepReactive Ion Etching，DRIE)刻蚀所述硅基板100，形成所述参考微沟道301及所述测量微沟道302以释放所述支撑结构，使得所述热敏电阻400通过所述支撑结构悬挂于微沟道内。
接着，参阅图5及图10，执行步骤S5，提供下盖板，并将所述下盖板键合于所述基板的下表面，结合所述上盖板及所述下盖板覆盖所述参考微沟道301及所述测量微沟道302形成参考闭合微沟道311及测量闭合微沟道312。
本实施例中，所述下盖板采用玻璃下盖板220，但并非局限于此，如所述下盖板还可采用绝缘体上硅下盖板、陶瓷下盖板或硅下盖板等，关于所述下盖板的材质及尺寸的选择，此处不作过分限制。其中，所述玻璃下盖板220与所述硅基板100可采用阳极键合。
最后，还可进行划片及封装的步骤，以完成所述微热导检测器的制备。
实施例二
参阅图11～图13，本实施例还提供另一种基于硅基板的具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，上述关于所述微热导检测器的制备可采用该方法，但并非局限于此，本实施例与实施例一的区别主要在于：参阅图13，仅在基板的一侧设置盖板形成闭合微沟道，以减少盖板的使用数量。
关于所述微热导检测器的制备方法，可包括以下步骤：
S1：提供基板；
S2：于所述基板上形成热敏电阻400、导电连接件及支撑结构，所述热敏电阻400包括第一热敏电阻401、第二热敏电阻402、第三热敏电阻403及第四热敏电阻404，其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻400构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置的第一引线501、第二引线502及堆叠跨线结构503，所述第一引线501连接所述第一热敏电阻401与所述第二热敏电阻402，所述第二引线502连接所述第三热敏电阻403与所述第四热敏电阻404，所述堆叠跨线结构503自下而上包括叠置的第一绝缘层543、底部引线513、第二绝缘层523及顶部跨线533，且所述底部引线513连接所述第一热敏电阻401及所述第三热敏电阻403，所述顶部跨线533贯穿所述第二绝缘层523连接所述第二热敏电阻402与所述第四热敏电阻404；
S3：图形化所述基板形成底部位于所述基板中的参考微沟道301及测量微沟道302，所述第一引线501、所述第二引线502及所述堆叠跨线结构503位于所述参考微沟道301与所述测量微沟道302之间的所述基板上，且所述第一热敏电阻401与所述第四热敏电阻404通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道302内且沿气流方向设置，所述第二热敏电阻402与所述第三热敏电阻403通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道301内且沿气流方向设置；
S4：提供上盖板并将所述上盖板键合于所述基板的上表面，通过所述上盖板覆盖所述参考微沟道301及所述测量微沟道302形成参考闭合微沟道311及测量闭合微沟道312。
关于所述微热导检测器中的所述基板、所述盖板的种类等，此处不作限定，可参阅实施例一，关于所述微热导检测器的制备步骤S1及步骤S2可参阅实施例一中的关于图6～图9的制备，此处不作赘述，以下仅对区别步骤S3及步骤S4进行说明。
具体的，如图11及图12，执行步骤S3，在形成所述支撑结构之后，可直接使用如TMAH或KOH湿法腐蚀液，或者使用SF6或XeF2等干法腐蚀剂以去除位于所述支撑结构下方的部分所述硅基板100，以实现所述支撑结构的释放，形成所述参考微沟道301及测量微沟道302；或者如图12所示，采用光刻，先使用DRIE工艺刻蚀所述硅基板100到一定深度，去胶后，再使用如TMAH或KOH湿法腐蚀液，或者使用SF6或XeF2等干法腐蚀剂以去除位于所述支撑结构下方的部分所述硅基板100，以实现所述支撑结构的释放。
而后，如图11及图13，执行步骤S4，采用如阳极键合，将所述玻璃上盖板210和所述硅基板100进行键合。
最后，还可进行划片及封装的步骤，完成所述具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的制备。
实施例三
参阅图14～图18，本实施例还提供一种基于绝缘体上硅基板的具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，上述关于所述微热导检测器的制备可采用该方法，但并非局限于此，本实施例与实施例一的区别主要在于：基板采用具有底层硅101、埋氧层102及顶层硅103的绝缘体上硅基板111，关于所述微热导检测器及其制备方法均可参阅实施例一，此处不作赘述，以下仅对区别之处进行说明。
本实施例相较于实施例一，在采用RIE工艺刻蚀所述支撑结构后，光刻DRIE刻蚀所述顶层硅103，而后采用RIE工艺刻蚀裸露的所述埋氧层102；再将所述上盖板与所述绝缘体上硅基板111的所述顶层硅103进行键合；而后自所述绝缘体上硅基板111的下表面进行光刻及刻蚀，以形成所述参考微沟道301及测量微沟道302，以释放所述支撑结构；再将下盖板与所述绝缘体上硅基板111键合；划片并封装完成所述微热导检测器的制备。
实施例四
参阅图19～图21，本实施例还提供另一种基于绝缘体上硅基板的具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，上述关于所述微热导检测器的制备可采用该方法，但并非局限于此，本实施例与实施例一的区别主要在于：基板采用具有底层硅101、埋氧层102及顶层硅103的绝缘体上硅基板111，关于所述微热导检测器及其制备方法均可参阅实施例一，此处不作赘述，以下仅对区别之处进行说明。
本实施例相较于实施例一，在光刻采用RIE工艺刻蚀所述第二介质层602和第一介质层601后，可再次光刻后采用DRIE工艺刻蚀所述顶层硅103，后用RIE工艺刻蚀裸露的所述埋氧层102，如图19；而后沉积保护层700，如SiNx层及SiOx层中的一种或叠层，用于保护所述热敏电阻400和所述顶层硅103的侧壁；光刻后用RIE工艺刻蚀所述热敏电阻400间隙的介质层，再用DRIE工艺刻蚀所述底层硅101到一定深度，如图20；之后使用如TMAH或KOH湿法腐蚀液，或者使用SF6或XeF2等干法腐蚀剂以去除位于所述支撑结构下方的部分所述底层硅101，以实现所述支撑结构的释放，如图21；用RIE工艺刻蚀顶层硅103键合区、所述焊盘504区、所述第二介质层602区和所述顶部跨线533区的所述保护层700，以便于键合及电性连接，而后用阳极键合法把所述上盖板和所述顶层硅103进行键合，如图21；最后划片并封装完成所述具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的制备。
综上所述，本发明的具有片上惠斯通电桥的微热导检测器及其制备方法，在基板中集成了导电连接件，用于替代外接引线，减少了外接引线产生的接触电阻，减少了检测器的噪声干扰，提高了检测器的信噪比，从而降低了检测器的检测限，且对外仅提供四个焊盘接口，方便器件的使用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器，其特征在于，所述微热导检测器包括：
基板，所述基板中设置有参考微沟道及测量微沟道；
热敏电阻，所述热敏电阻包括通过支撑结构悬挂于所述测量微沟道内且沿气流方向设置的第一热敏电阻与第四热敏电阻，以及通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道内且沿气流方向设置的第二热敏电阻与第三热敏电阻；
导电连接件，所述导电连接件连接所述热敏电阻构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置且位于所述参考微沟道与所述测量微沟道之间的所述基板上的第一引线、第二引线及堆叠跨线结构，所述第一引线连接所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻，所述第二引线连接所述第三热敏电阻与所述第四热敏电阻，所述堆叠跨线结构自下而上包括叠置的第一绝缘层、底部引线、第二绝缘层及顶部跨线，且所述底部引线连接所述第一热敏电阻及所述第三热敏电阻，所述顶部跨线贯穿所述第二绝缘层连接所述第二热敏电阻与所述第四热敏电阻；
盖板，所述盖板与所述基板键合，通过所述盖板覆盖所述参考微沟道及所述测量微沟道构成参考闭合微沟道及测量闭合微沟道。
2.根据权利要求1所述的微热导检测器，其特征在于：所述支撑结构呈网状；所述支撑结构包括位于所述热敏电阻下表面的第一介质层及位于所述热敏电阻上表面的第二介质层。
3.根据权利要求1所述的微热导检测器，其特征在于：所述导电连接件中的焊盘显露于所述盖板。
4.根据权利要求1所述的微热导检测器，其特征在于：所述盖板设置于所述基板的相对两侧，或所述盖板仅设置于所述基板的一侧；所述盖板临近所述基板的一侧设置有盖板容置槽。
5.根据权利要求1所述的微热导检测器，其特征在于：所述基板包括硅基板、绝缘体上硅基板、陶瓷基板或玻璃基板；所述盖板包括硅盖板、绝缘体上硅盖板、陶瓷盖板或玻璃盖板。
6.一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基板；
于所述基板上形成热敏电阻、导电连接件及支撑结构，所述热敏电阻包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻及第四热敏电阻，其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置的第一引线、第二引线及堆叠跨线结构，所述第一引线连接所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻，所述第二引线连接所述第三热敏电阻与所述第四热敏电阻，所述堆叠跨线结构自下而上包括叠置的第一绝缘层、底部引线、第二绝缘层及顶部跨线，且所述底部引线连接所述第一热敏电阻及所述第三热敏电阻，所述顶部跨线贯穿所述第二绝缘层连接所述第二热敏电阻与所述第四热敏电阻；
提供上盖板，并将所述上盖板键合于所述基板的上表面；
自所述基板的下表面图形化所述基板，形成参考微沟道及测量微沟道，所述第一引线、所述第二引线及所述堆叠跨线结构位于所述参考微沟道与所述测量微沟道之间的所述基板上，且所述第一热敏电阻与所述第四热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道内且沿气流方向设置，所述第二热敏电阻与所述第三热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道内且沿气流方向设置；
提供下盖板，并将所述下盖板键合于所述基板的下表面，结合所述上盖板及所述下盖板覆盖所述参考微沟道及所述测量微沟道形成参考闭合微沟道及测量闭合微沟道。
7.一种具有片上惠斯通电桥的微热导检测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基板；
于所述基板上形成热敏电阻、导电连接件及支撑结构，所述热敏电阻包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻及第四热敏电阻，其中，所述导电连接件连接所述热敏电阻构成惠斯通电桥，所述导电连接件包括绝缘设置的第一引线、第二引线及堆叠跨线结构，所述第一引线连接所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻，所述第二引线连接所述第三热敏电阻与所述第四热敏电阻，所述堆叠跨线结构自下而上包括叠置的第一绝缘层、底部引线、第二绝缘层及顶部跨线，且所述底部引线连接所述第一热敏电阻及所述第三热敏电阻，所述顶部跨线贯穿所述第二绝缘层连接所述第二热敏电阻与所述第四热敏电阻；
图形化所述基板形成底部位于所述基板中的参考微沟道及测量微沟道，所述第一引线、所述第二引线及所述堆叠跨线结构位于所述参考微沟道与所述测量微沟道之间的所述基板上，且所述第一热敏电阻与所述第四热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述测量微沟道内且沿气流方向设置，所述第二热敏电阻与所述第三热敏电阻通过所述支撑结构悬挂于所述参考微沟道内且沿气流方向设置；
提供上盖板并将所述上盖板键合于所述基板的上表面，通过所述上盖板覆盖所述参考微沟道及所述测量微沟道形成参考闭合微沟道及测量闭合微沟道。
8.根据权利要求6或7所述的微热导检测器的制备方法，其特征在于：在键合时，所述基板中具有基板容置槽，和/或所述上盖板中具有盖板容置槽。
9.根据权利要求6或7所述的微热导检测器的制备方法，其特征在于：形成的所述支撑结构呈网状结构。
10.根据权利要求6或7所述的微热导检测器的制备方法，其特征在于：在制备所述热敏电阻的同时制备所述第一引线、所述第二引线、所述底部引线及焊盘；所述焊盘显露于所述上盖板。
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