CN121317618A - 一种锰钴镍基mems温度传感器芯片及其制备、封装方法 - Google Patents
一种锰钴镍基mems温度传感器芯片及其制备、封装方法Info
- Publication number
- CN121317618A CN121317618A CN202511135834.8A CN202511135834A CN121317618A CN 121317618 A CN121317618 A CN 121317618A CN 202511135834 A CN202511135834 A CN 202511135834A CN 121317618 A CN121317618 A CN 121317618A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor chip
- temperature sensor
- based mems
- substrate
- manganese cobalt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
- B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
- B41M1/12—Stencil printing; Silk-screen printing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
- B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
- B41M5/0023—Digital printing methods characterised by the inks used
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems ; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems ; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems ; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00349—Creating layers of material on a substrate
- B81C1/00373—Selective deposition, e.g. printing or microcontact printing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
- G01K7/226—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor using microstructures, e.g. silicon spreading resistance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/36—Electric or electronic devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
本申请提供锰钴镍基MEMS温度传感器芯片及其制备、封装方法,温度传感器芯片的制备方法包括:提供前置粉体材料,其至少包括三氧化二钴、二氧化锰和三氧化二镍;将前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料;提供衬底,通过光刻形成图案,在衬底表面形成电极层,然后将电极层图形化为叉指电极;将打印浆料通过图案化工艺在电极化的衬底上进行图案化;将带有打印浆料的衬底烧结,得到带有电极层的敏感膜;在敏感膜上方形成保护层,得到锰钴镍基MEMS温度传感器芯片。本申请将MEMS技术引入负温度系数温度传感器芯片加工过程中,可以将传感器芯片大小缩减到微米级别,有助于实现锰钴镍基温度传感器的微型化并提高其测量精度。
Description
技术领域
本申请涉及负温度系数热敏电阻领域,具体地,涉及一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片及其制备、封装方法。
背景技术
负温度系数(NTC,Negative Temperature Coefficient)热敏电阻材料可制备用于汽车电子、工业化生产、消费电子等领域测温的温度传感器。在汽车电子领域可用于对驾驶舱内的温度进行测量和控制。在消费电子领域可用于空调出风口温度的测量与控制;在工业化生产领域可用于对温度区间要求较高的设备在工作阶段的环境温度进行实时监测。
目前对于负温度系数温度传感器微型化的研究较少,市面上性能较好的温度传感器如Fluke公司的5641系列,其体积较大,难以有针对性的对需求处进行精确的温度测量与控制并且面临禁运的风险;同样日本TDK公司的高端热敏电阻温度传感器也面临禁运的风险。锰钴镍基尖晶石结构的三元金属氧化物以及其元素掺杂的多元金属氧化物体系是常见的负温度系数热敏电阻材料,在日常的生活和研究中随处可见。但是其仍存在体积较大的缺陷。同类型的如专利CN112735709A中提到的射频磁控溅射制备的薄膜型负温度系数传感器,成本较高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷/之一,本申请的目的是提供一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片及其制备、封装方法。
本申请的第一方面,提供一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,包括:
提供前置粉体材料,所述前置粉体材料至少包括三氧化二钴、二氧化锰和三氧化二镍;
将所述前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料;
提供衬底,通过光刻形成图案,在衬底表面形成电极层,然后将所述电极层图形化为叉指电极;
将所述打印浆料通过图案化工艺在电极化的衬底上进行图案化;
将带有打印浆料的衬底烧结,得到带有电极层的敏感膜;
在所述敏感膜上方形成保护层,得到锰钴镍基MEMS温度传感器芯片。
可选地,所述前置粉体材料中还包括三氧化二铁。
可选地,所述将所述前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料,其中:所述有机溶剂为松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的混合物,所述混合物中松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的质量百分比为(70~90):(10~20):(5~10)。
可选地,所述将所述前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料,其中:所述前置粉体材料与所述有机溶剂的质量百分比为(50~70):(30~50)。
可选地,所述将所述打印浆料通过图案化工艺在电极化的衬底上进行图案化,其中:图案化工艺采用微电子打印机点胶或丝网印刷工艺。
可选地,所述将带有打印浆料的衬底烧结,得到带有电极层的敏感膜,其中:烧结温度为700℃~1100℃。
本申请的第二方面,提供一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片,利用所述的方法制备得到。
本申请的第三方面,提供一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的封装方法,包括:
将利用所述的方法制备得到的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片或者所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片放置于绝缘基底中央;
在所述绝缘基底上盖合盖板,将所述温度传感器芯片封闭在所述盖板与所述绝缘基底之间的空腔中;
将所述盖板与所述绝缘基底在连接处固定连接;
将所述传感器芯片上的叉指电极与所述绝缘基底上的封装引脚连接,实现信号的电气输出。
可选地,将所述盖板与所述绝缘基底在连接处固定连接,包括:采用真空回流焊工艺使所述盖板与所述绝缘基底在连接处热压粘合。
可选地,将所述传感器芯片上的叉指电极与所述绝缘基底上的封装引脚连接,实现信号的电气输出,包括:所述叉指电极与所述绝缘基底上的封装引脚之间通过金线引出电极。
本申请提供的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,通过各个步骤之间的相互配合作用,将MEMS技术引入负温度系数温度传感器芯片加工过程中,简化了传感器芯片制备工艺,可以将传感器芯片大小缩减到微米级别,有助于实现锰钴镍基温度传感器的微型化并提高其测量精度。
由附加特征带来的其他技术效果将在相应的实施例中进一步阐述。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为根据一示例性实施例示出的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法的流程图;
图2为根据一示例性实施例示出的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法个步骤对应的示意图;
图3为根据一示例性实施例示出的锰钴镍基MEMS温度传感器的结构示意图;
图4为根据应用例1示出的温度-电阻值曲线;
图中:1为衬底,2为正性光刻胶,3为电极层,4为敏感膜,5为保护层;
6为盖板,7为芯片,8为引线,9为绝缘基底,10为外部引线,11为封装引脚。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本申请,但不以任何形式限制本申请。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。以下实施例中没有详细说明的部分,可以采用现有技术实现。
目前负温度系数温度传感器体积较大,导致难以精确地进行温度测量与控制,并且面临禁运的风险。基于上述问题,本申请实施例提供一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,以解决上述存在的问题。
参照图1和图2所示,本申请一实施例中,锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,包括以下步骤:
S1、提供前置粉体材料,前置粉体材料至少包括三氧化二钴、二氧化锰和三氧化二镍;
S2、将前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料;
S3、提供衬底1,通过光刻形成图案,在衬底1表面形成电极层3,然后将电极层3图形化为叉指电极;
S4、将打印浆料通过图案化工艺在电极化的衬底1上进行图案化;
S5、将带有打印浆料的衬底烧结,得到带有电极层的敏感膜4(即温度敏感层);
S6、在敏感膜4上方形成保护层5,得到锰钴镍基MEMS温度传感器芯片。
具体的,在S3中,衬底1采用氧化铝、氧化硅、玻璃、蓝宝石等刚性衬底。在衬底1上旋涂正性光刻胶2并进行预烘,通过掩膜光刻工艺形成电极图案区域,电极层3材料采用Pt、Au、Cu、Ag和Al等导电性较好且合适的电极层材料。采用lift-off工艺制备出叉指电极,可以有效地降敏感膜4的阻值,更好地与电气仪表适配。在S6中,保护层5材料采用二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝、碳化硅等绝缘陶瓷材料,保护层5位于器件的最顶层。
本申请上述实施例,通过各个步骤之间的相互配合作用,将MEMS技术引入负温度系数温度传感器芯片加工过程中,简化了传感器芯片制备工艺,可以将传感器芯片大小缩减到微米级别,有助于实现锰钴镍基温度传感器的微型化并提高其测量精度。
为了形成负温度系数热敏电阻材料,在本申请一些具体实施方式中,在S1中,前置粉体材料中还包括三氧化二铁。
具体的,前置粉体材料主体为三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二镍,三氧化二铁作为第四种材料。将各组分按照比例混合并进行研磨后,得到温度传感器前置粉体材料。
具体的,前置粉体材料制备方法如下:
S1.1、按照设置好的锰、钴、镍、铁每个组分的摩尔比计算三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二镍、三氧化二铁原材料的质量比;
S1.2、将三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二镍、三氧化二铁原材料按照计算好的质量比称量好后,对原材料加入无水乙醇采用湿法球磨,得到混合均匀且颗粒度统一的粉末原材料;颗粒度大小为100um以下;
S1.3、对球磨后的原材料进行烘干、研磨、过筛后得到温度传感器前置粉体材料。
示例性的,前置粉体材料中锰、钴、镍、铁各组分的摩尔比为:锰:钴:镍:铁=(45~55):(20~25):(15~20):(5~10)。
需要说明的是,第四种材料还可以采用氧化锌、氧化铜、氧化铬等过渡族金属氧化物。
为了形成传感器的打印浆料,在本申请一些具体实施方式中,在S2中,有机溶剂为松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的混合物,混合物中松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的质量百分比为(70~90):(10~20):(5~10)。
在本申请一些具体实施方式中,前置粉体材料与有机溶剂的质量百分比为(50~70):(30~50)。
具体的,前置粉体材料经研磨过筛后得到均匀的粉体颗粒与有机溶剂混合。
为了实现将打印浆料通过图案化工艺在电极化的衬底上进行图案化,在本申请一些具体实施方式中,在S4中,图案化工艺采用微电子打印机点胶或丝网印刷工艺。
具体的,微电子打印机的点胶直径范围在50~200um,还可以根据需要调整直径范围大小。
相比于现有技术(如CN112735709A),本申请实施例采用的丝网印刷或微电子打印机点胶制备电极层的方法成本更低,实施更为简洁方便。
为了形成带有电极层的敏感膜,在本申请一些具体实施方式中,将带有打印浆料的衬底进行高温烧结,烘干浆料中的有机溶剂并且使导电尖晶石相出现,得到带有电极层的敏感膜,其中:烧结温度为700℃~1100℃。
本申请上述实施例,将MEMS技术引入传统负温度系数温度传感器加工过程中,解决了负温度系数温度传感器芯片高稳定性、高尺寸精度、高均一性要求的技术问题。
利用上述的方法制备得到的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片,包括衬底、电极、温度敏感层以及保护层,衬底上方设置电极,电极上方设置温度敏感层,温度敏感层通过电极实现信号传输,保护层位于温度敏感层上方。
目前热敏电阻最常见的封装方法是玻璃封装,玻璃封装具有稳定性好、耐腐蚀等优点,但是玻璃封装存在成型困难、玻璃与敏感材料之间失配以及响应速度慢等缺点,并且封装温度接近热敏电阻的烧结温度,会影响所制备传感器的性能。
为解决上述问题,基于上述相同的技术构思,本申请另一实施例提供一种上述锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的封装方法,参在图3,封装方法包括以下步骤:
M1、将上述锰钴镍基MEMS温度传感器芯片放置于绝缘基底中央;
M2、在绝缘基底上盖合盖板,将温度传感器芯片封闭在盖板与绝缘基底之间的空腔中;
M3、将盖板与绝缘基底在连接处固定连接;
M4、将传感器芯片上的叉指电极与绝缘基底上的封装引脚连接,实现信号的电气输出。
具体的,经封装得到的结构包括绝缘基底9、盖板6和芯片7,盖板6与绝缘基底9相连,将芯片7放置于基底与盖板之间,实现芯片7的封装,将传感器芯片上的叉指电极与绝缘基底上的封装引脚11通过引线8连接,再通过外部引线10引出电极,即得到锰钴镍基MEMS温度传感器。
为了实现的盖板与绝缘基底的固定连接,提高器件密封性,在本申请一些具体实施方式中,将盖板与绝缘基底在连接处固定连接,包括:采用真空回流焊工艺使盖板与绝缘基底在连接处热压粘合,保证传感器封装盖板内部的真空状态。
为了实现信号的电气输出,在本申请一些具体实施方式中,叉指电极与绝缘基底上的封装引脚之间通过金线引出电极。
与传统的热敏电阻温度传感器相比,本申请上述实施例利用锰钴镍氧化合物高灵敏度的特性,简化了传感器制备工艺,优化了传感器封装结构,提高了传感器的测量精度,有效的缩小了现有的封装尺寸,节约工艺成本。
以上实施例中各较佳特征,可以在任一实施例中单独使用,在互不冲突的前提下,也可以任意组合使用。另外,实施例中没有详细说明的部分可以采用现有技术实现。
以下结合具体应用例/对比例来对本申请进行进一步的说明,以便更好理解本申请上述技术方案,应当理解的是,以下仅仅是部分举例,并不用于限定本申请。
应用例1:
本实施例提供基于MEMS工艺的区传感器的印刷以及封装结构的制备方法,如图2和图3所示,一种锰钴镍氧基MEMS温度传感器的制备方法,操作流程可分为NTC温度传感器芯片制备与芯片封装,具体描述如下:
参阅图2所示,锰钴镍基MEMS温度传感器芯片可以采用以下方法制备,具体步骤如下:
S1:将三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二镍、三氧化二铁按照锰:钴:镍:铁=45:25:20:10的比例称量好,使用氧化锆球磨介质,在球磨机中湿法球磨12小时,得到颗粒度均匀、分散性良好的混合前驱体浆料。随后将浆料进行低温烘干,在80℃条件下干燥5小时,所得粉体研磨过筛至100μm以下。
S2:将松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯按质量比为70:20:10混合搅拌得到机溶剂。
将所得粉体与松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的混合有机溶剂混合,并超声搅拌30分钟,制得稳定的微电子打印浆料,固含量控制在65wt%。
S3:如图2(a)中所示,衬底材料选取氧化铝陶瓷,尺寸为5mm×5mm×0.5mm,旋涂正性光刻胶并进行预烘。
通过掩膜光刻工艺形成电极图案区域,在表面溅射Au(厚度约为300nm)形成电极层。
使用Lift-off工艺去除多余区域,得到结构规则、间距可控的叉指型电极结构,电极间距为50μm,线宽为50μm
S4:将配置好的传感器浆料安装于微电子打印机墨盒中,调节打印压力与打印路径,通过精密点胶功能将浆料沉积在叉指电极覆盖区域,形成均匀的敏感层图案。点胶直径控制在100μm以内,打印后在烘箱中100℃初步固化。
S5:将含有温度敏感层的衬底置入管式炉,在空气气氛中按照升温速率5℃/min加热至950℃,保温2小时后自然冷却。经烧结后,敏感层与电极层形成良好接触,整体呈现致密微结构,具有良好的电阻温度响应特性,如图4所示。
S6:在敏感层烧结完成后,采用离子束沉积方法,于其表面沉积一层二氧化硅作为保护层,沉积厚度约为300nm。该保护层可有效防止湿气、杂质离子对敏感层造成影响,提高器件在实际工况下的稳定性与可靠性。
参阅图3所示,锰钴镍基MEMS温度传感器可以采用以下方法进行封装,具体如下步骤:
M1:将器件放置于封装腔体的下盖板(即绝缘基底)中央。
M2:盖板上方盖合氧化硅玻璃上盖,通过真空回流焊工艺使两者热压粘合,在保证真空腔体结构完整的同时,降低热应力对器件性能的干扰。
M3:最终使用金线键合技术将传感器芯片上的叉指电极与封装引脚通过金线进行连接,实现信号的电气输出。
M4:将镀金铜线与封装引脚焊接,得到传感器的外部引线。
整个封装结构尺寸小于5mm×5mm×1mm,满足MEMS芯片级封装的微型化需求。
应用例2:
本实施例提供基于MEMS工艺的区传感器的印刷以及封装结构的制备方法,如图2和图3所示,一种锰钴镍氧基MEMS温度传感器的制备方法,操作流程可分为NTC温度传感器芯片制备与芯片封装,具体描述如下:
参阅图2所示,锰钴镍基MEMS温度传感器芯片可以采用以下方法制备,具体步骤如下:
S1:将三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二镍、三氧化二铁按照锰:钴:镍:铁=55:
25:15:5的比例称量好,使用氧化锆球磨介质,在球磨机中湿法球磨12小时,得到颗粒度均匀、分散性良好的混合前驱体浆料。随后将浆料进行低温烘干,在80℃条件下干燥5小时,所得粉体研磨过筛至100μm以下。
S2:将松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯按质量比为70:25:5混合搅拌得到机溶剂。
将所得粉体与松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的混合有机溶剂混合,并超声搅拌30分钟,制得稳定的微电子打印浆料,固含量控制在55wt%。
S3:如图2(a)中所示,衬底材料选取氧化铝陶瓷,尺寸为5mm×5mm×0.5mm,旋涂正性光刻胶并进行预烘。
通过掩膜光刻工艺形成电极图案区域,在表面溅射Pt(厚度约为300nm)形成电极层3。
使用Lift-off工艺去除多余区域,得到结构规则、间距可控的叉指型电极结构,电极间距为50μm,线宽为50μm
S4:将配置好的传感器浆料安装于微电子打印机墨盒中,调节打印压力与打印路径,通过精密点胶功能将浆料沉积在叉指电极覆盖区域,形成均匀的敏感层图案。点胶直径控制在100μm以内,打印后在烘箱中100℃初步固化。
S5:将含有温度敏感层的衬底置入管式炉,在空气气氛中按照升温速率5℃/min加热至850℃,保温2小时后自然冷却。经烧结后,敏感层与电极层形成良好接触,整体呈现致密微结构,具有良好的电阻温度响应特性。
S6:在敏感层烧结完成后,采用离子束沉积方法,于其表面沉积一层二氧化硅作为保护层,沉积厚度约为300nm。该保护层可有效防止湿气、杂质离子对敏感层造成影响,提高器件在实际工况下的稳定性与可靠性。
参阅图3所示,锰钴镍基MEMS温度传感器可以采用以下方法进行封装,具体如下步骤:
M1:将器件放置于封装腔体的下盖板(即绝缘基底)中央。
M2:盖板上方盖合氧化硅玻璃上盖,通过真空回流焊工艺使两者热压粘合,在保证真空腔体结构完整的同时,降低热应力对器件性能的干扰。
M3:最终使用金线键合技术将传感器芯片上的叉指电极与封装引脚通过金线进行连接,实现信号的电气输出。
M4:将镀金铜线与封装引脚焊接,得到传感器的外部引线。
整个封装结构尺寸小于5mm×5mm×1mm,满足MEMS芯片级封装的微型化需求。
本申请上述实施例,实现了传统负温度系数材料温度传感器的微型化制备,优势在于通过MEMS工艺将传感器芯片大小缩减到微米级别,且提出一种可实现的制备方法对传感器进行批量化制备,使生产效率大大提升,降低相应成本;通过接触式绝缘封装,可以有效地缩短传感器的响应时间,并提升测量精度。
本申请上述实施例制备的MEMS温度传感器具有阻值可调,响应速度快且长期稳定性好的特点,可以用于车辆关键部件温度检测、空调出风口温度检测、工业化生产温度检测等场景。
在本申请实施例的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本申请实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请实施例中术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上对本申请的部分具体实施例进行了描述。需要理解的是,本申请并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本申请的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下,可以任意组合使用。
Claims (10)
1.一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,其特征在于,包括:
提供前置粉体材料,所述前置粉体材料至少包括三氧化二钴、二氧化锰和三氧化二镍;
将所述前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料;
提供衬底,通过光刻形成图案,在衬底表面形成电极层,然后将所述电极层图形化为叉指电极;
将所述打印浆料通过图案化工艺在电极化的衬底上进行图案化;
将带有打印浆料的衬底烧结,得到带有电极层的敏感膜;
在所述敏感膜上方形成保护层,得到锰钴镍基MEMS温度传感器芯片。
2.根据权利要求1所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述前置粉体材料中还包括三氧化二铁。
3.根据权利要求1所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述将所述前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料,其中:所述有机溶剂为松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的混合物,所述混合物中松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯的质量百分比为(70~90):(10~20):(5~10)。
4.根据权利要求1所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述将所述前置粉体材料与有机溶剂混合,得到传感器的打印浆料,其中:所述前置粉体材料与所述有机溶剂的质量百分比为(50~70):(30~50)。
5.根据权利要求1所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述将所述打印浆料通过图案化工艺在电极化的衬底上进行图案化,其中:图案化工艺采用微电子打印机点胶或丝网印刷工艺。
6.根据权利要求1所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述将带有打印浆料的衬底烧结,得到带有电极层的敏感膜,其中:烧结温度为700℃~1100℃。
7.一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片,其特征在于,利用权利要求1-6中任一项所述的方法制备得到。
8.一种锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的封装方法,其特征在于,包括:
将利用权利要求1-6中任一项所述的方法制备得到的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片或者权利要求7所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片放置于绝缘基底中央;
在所述绝缘基底上盖合盖板,将所述温度传感器芯片封闭在所述盖板与所述绝缘基底之间的空腔中;
将所述盖板与所述绝缘基底在连接处固定连接;
将所述传感器芯片上的叉指电极与所述绝缘基底上的封装引脚连接,实现信号的电气输出。
9.根据权利要求8所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的封装方法,其特征在于,将所述盖板与所述绝缘基底在连接处固定连接,包括:采用真空回流焊工艺使所述盖板与所述绝缘基底在连接处热压粘合。
10.根据权利要求8所述的锰钴镍基MEMS温度传感器芯片的封装方法,其特征在于,将所述传感器芯片上的叉指电极与所述绝缘基底上的封装引脚连接,实现信号的电气输出,包括:所述叉指电极与所述绝缘基底上的封装引脚之间通过金线引出电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202511135834.8A CN121317618A (zh) | 2025-08-14 | 2025-08-14 | 一种锰钴镍基mems温度传感器芯片及其制备、封装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202511135834.8A CN121317618A (zh) | 2025-08-14 | 2025-08-14 | 一种锰钴镍基mems温度传感器芯片及其制备、封装方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN121317618A true CN121317618A (zh) | 2026-01-13 |
Family
ID=98339418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202511135834.8A Pending CN121317618A (zh) | 2025-08-14 | 2025-08-14 | 一种锰钴镍基mems温度传感器芯片及其制备、封装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN121317618A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103073278A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-01 | 广州新莱福磁电有限公司 | 高精度、高可靠性ntc热敏电阻芯片的制造方法 |
| CN107910143A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-13 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种超薄芯片型热敏电阻的制备方法 |
| RU2684426C1 (ru) * | 2018-06-25 | 2019-04-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Мультиоксидный газоаналитический чип и способ его изготовления электрохимическим методом |
| CN112735709A (zh) * | 2020-12-26 | 2021-04-30 | 广东工业大学 | 一种薄膜型负温度系数传感器及其制备方法 |
| CN116482188A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-07-25 | 四川大学 | 一种氢气传感器及其制作方法 |
-
2025
- 2025-08-14 CN CN202511135834.8A patent/CN121317618A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103073278A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-01 | 广州新莱福磁电有限公司 | 高精度、高可靠性ntc热敏电阻芯片的制造方法 |
| CN107910143A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-13 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种超薄芯片型热敏电阻的制备方法 |
| RU2684426C1 (ru) * | 2018-06-25 | 2019-04-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Мультиоксидный газоаналитический чип и способ его изготовления электрохимическим методом |
| CN112735709A (zh) * | 2020-12-26 | 2021-04-30 | 广东工业大学 | 一种薄膜型负温度系数传感器及其制备方法 |
| CN116482188A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-07-25 | 四川大学 | 一种氢气传感器及其制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6151771A (en) | Resistance temperature detector (RTD) formed with a surface-mount-device (SMD) structure | |
| JP6585844B2 (ja) | センサ素子およびセンサ素子を製造するための方法 | |
| EP0017359B1 (en) | Ceramic type sensor device | |
| JP2002305102A (ja) | サーミスタおよびその製造方法 | |
| US20240068881A1 (en) | Thermoelectric conversion device | |
| US20150211940A1 (en) | Thermistor device | |
| JP7643685B2 (ja) | 酸素センサ素子およびその製造方法 | |
| JP2012508870A (ja) | センサ素子及びセンサ素子の製造方法 | |
| US5844122A (en) | Sensor with output correcting function | |
| Ikegami et al. | Thick-film thermistor and its applications | |
| JPH05119015A (ja) | 炭酸ガス検出素子 | |
| US20240210342A1 (en) | Resistive oxygen gas sensor and oxygen sensor device | |
| CN118824656A (zh) | 一种ntc热敏电阻及其制备方法 | |
| JP3642100B2 (ja) | チップ抵抗器およびその製造方法 | |
| CN104914153A (zh) | 双层电极式固体电解质co2气体传感器及制备工艺 | |
| JPH11214127A (ja) | ヒーター装置及びその製造方法 | |
| CN218584710U (zh) | 催化燃烧型气体传感器 | |
| JP4822606B2 (ja) | セラミックチップヒータ及びそれを用いた素子加熱型センサ | |
| JP2002076554A (ja) | 高周波用回路基板 | |
| JPH1117297A (ja) | 配線基板 | |
| JPH10312903A (ja) | 温度センサ | |
| JP2633838B2 (ja) | 高温サーミスタ | |
| CN218917266U (zh) | 热线式气体传感器芯片及传感器 | |
| US20250338399A1 (en) | Circuit component | |
| KR20020041540A (ko) | 볼로미터형 적외선 센서 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |