MEMS皮拉尼计及其制作方法、MEMS传感器及电子设备与流程

mems皮拉尼计及其制作方法、mems传感器及电子设备
技术领域
[0001]
本发明涉及皮拉尼计技术领域，特别涉及一种mems皮拉尼计及其制作方法、mems传感器及电子设备。


背景技术：

[0002]
随着微机电系统(mems,micro-electro-mechanical system)的工艺发展，mems传感器的也朝着小型化、集成化、高性能趋势发展。由于mems传感器尺寸不断减小，对微小颗粒敏感程度不断增加，因此对封装要求不断提高，而高性能传感器对封装更为苛刻，其封装的真空度直接影响传感器的品质因素。
[0003]
为了能实时监测mems传感器封装后的真空度，需要一种在mems传感器封装腔体内监测压强的传感器。其中，皮拉尼计可以利用某些金属或者半导体薄膜电阻值随温度敏感变化，根据不同真空度的散热不同的原理，用待测端之间不同的电压值来标定相应的真空度，实现实时检测。但是目前的皮拉尼计总体尺寸较大，难以集成，当应用于mems传感器时不利于其小型化发展。


技术实现要素：

[0004]
本发明的主要目的是提供一种mems皮拉尼计及其制作方法、mems传感器及电子设备，旨在克服目前皮拉尼计的总体尺寸大、难以集成且不利于小型化发展的问题。
[0005]
为实现上述目的，本发明提出的mems皮拉尼计，包括：基底；绝缘隔热层，所述绝缘隔热层设于所述基底的一表面；以及金属发热体，所述金属发热体设于所述绝缘隔热层背向所述基底的表面。
[0006]
在一实施例中，所述绝缘隔热层设置有至少两层。
[0007]
在一实施例中，所述绝缘隔热层的厚度范围为3um-5um。
[0008]
在一实施例中，所述金属发热体为金属层，所述金属层的厚度范围为10nm-100nm。
[0009]
在一实施例中，所述基底背向所述绝缘隔热层的表面开设有对流孔，所述对流孔贯穿所述基底的另一表面，并对应于所述金属发热体。
[0010]
在一实施例中，所述mems皮拉尼计还包括截止层，所述截止层设于所述基底与所述绝缘隔热层之间。
[0011]
在一实施例中，所述截止层开设有贯穿孔，所述贯穿孔贯穿所述截止层的两表面，并与所述对流孔对应且相连通。
[0012]
在一实施例中，所述对流孔和所述贯穿孔均为圆形，所述贯穿孔的直径不小于所述对流孔的直径。
[0013]
本发明还提出了一种mems皮拉尼计的制作方法，包括以下步骤：
[0014]
提供一基底；
[0015]
在所述基底的一表面制作绝缘隔热层；
[0016]
在所述绝缘隔热层背向所述基底的表面制作金属发热体。
[0017]
在一实施例中，在所述基底的一表面制作绝缘隔热层的步骤中，包括：
[0018]
在所述基底的一表面依次制作至少两层绝缘隔热层。
[0019]
在一实施例中，在所述绝缘隔热层背向所述基底的表面制作金属发热体的步骤之后，还包括：
[0020]
对所述基底背向所述绝缘隔热层的表面进行蚀刻，得到贯穿所述基底另一表面且与所述金属发热体对应的对流孔。
[0021]
在一实施例中，在所述基底的一表面制作绝缘隔热层的步骤中，包括：
[0022]
在基底的一表面制作截止层，并在所述截止层背向所述基底的表面制作绝缘隔热层；
[0023]
对所述基底背向所述绝缘隔热层的表面进行蚀刻，得到贯穿所述基底另一表面且与所述金属发热体对应的对流孔的步骤之后，还包括：
[0024]
去除部分截止层，得到与所述对流孔对应且相连通的贯穿孔。
[0025]
本发明还提出了一种mems传感器，包括封装体和设于所述封装体内的mems皮拉尼计，所述mems皮拉尼计包括：基底；绝缘隔热层，所述绝缘隔热层设于所述基底的一表面；以及金属发热体，所述金属发热体设于所述绝缘隔热层背向所述基底的表面。
[0026]
本发明还提出了一种电子设备，所述电子设备包括mems传感器，所述mems传感器包括封装体和设于所述封装体内的mems皮拉尼计，所述mems皮拉尼计包括：基底；绝缘隔热层，所述绝缘隔热层设于所述基底的一表面；以及金属发热体，所述金属发热体设于所述绝缘隔热层背向所述基底的表面。
[0027]
本发明的技术方案，mems皮拉尼计包括基底、设于基底表面的绝缘隔热层以及设于绝缘隔热层背向基底表面的金属发热体，该mems皮拉尼计结构较为简单，总体尺寸较小，可靠性较高，易于集成，当应用于mems传感器时有利于其小型化发展。这里采用金属发热体作为mems皮拉尼计的电阻元件，可以直接通过导线连通于电源。在工作时，金属发热体连通电源并通入电流后会产生热量，该热量绝大多数是通过基底导热和对流散热的方式进行散热，而真空度的变化仅取决于对流散热的大小，当散热能力发生变化时，会影响金属发热体的温度变化，从而影响其电阻值的大小，如此可以通过该方法直接测量的电阻来反映相应的真空度大小。进一步地，相较于采用硅材料发热体作为电阻元件，本发明采用金属发热体作为电阻元件具有较高的灵敏度。并且，本发明中绝缘隔热层的设置可以有效减小基底导热，使得金属发热体主要以对流散热的方式进行散热，这样可以提高mems皮拉尼计的灵敏度和精度。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0029]
图1为本发明mems皮拉尼计一实施例的结构示意图；
[0030]
图2为本发明mems皮拉尼计的制作方法一实施例的结构示意图；
[0031]
图3为本发明mems皮拉尼计的制作方法另一实施例的结构示意图；
[0032]
图4为本发明mems皮拉尼计的制作方法又一实施例的结构示意图；
[0033]
图5为图4步骤s30中涉及的一剖视结构示意图；
[0034]
图6为图4步骤s30中涉及的又一剖视结构示意图；
[0035]
图7为图4步骤s30后的剖视结构示意图；
[0036]
图8为图4步骤s40中涉及的一剖视结构示意图；
[0037]
图9为图4步骤s40中涉及的又一剖视结构示意图。
[0038]
附图标号说明：
[0039]
标号名称标号名称100mems皮拉尼计30绝缘隔热层10基底40光刻胶层11对流孔50金属发热体20截止层60保护胶层21贯穿孔
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[0040]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0043]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0044]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
[0045]
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0046]
本发明提出一种mems皮拉尼计100，应用于mems传感器，用于实时监测mems传感器封装后的真空度。皮拉尼计是利用某些金属或者半导体薄膜电阻值随温度敏感变化，根据不同真空度的散热不同的原理，用待测端之间不同的电压值来标定相应的真空度，实现实时检测。
[0047]
参照图1，在本发明mems皮拉尼计100的一实施例中，mems皮拉尼计100包括：基底10；绝缘隔热层30，绝缘隔热层30设于所述基底10的一表面；以及金属发热体50，金属发热体50设于绝缘隔热层30背向基底10的表面。
[0048]
这里基底10为硅基底10，绝缘隔热层30的材质为具有隔热效果的绝缘介质材料，比如绝缘隔热的光刻胶、氮化硅或二氧化硅。金属发热体50为电阻元件，其材质通常为金属材质，可以直接通过导线连通于电源，结构较为简单。金属发热体50连通电源并通入电流后会产生热量，该热量主要通过基底10导热、对流散热及辐射散热三种方式散失掉，其中辐射散热较小，可忽略，由此绝大多数是通过基底10导热和对流散热的方式进行散热，而真空度的变化仅取决于对流散热的大小，当散热能力发生变化时，会影响金属发热体50的温度变化，从而影响其电阻值的大小，如此可以通过该方法直接测量的电阻来反映相应的真空度大小。
[0049]
可以理解的，本发明的技术方案，mems皮拉尼计100包括基底10、设于基底10表面的绝缘隔热层30以及设于绝缘隔热层30背向基底10表面的金属发热体50，该mems皮拉尼计100结构较为简单，总体尺寸较小，可靠性较高，易于集成，当应用于mems传感器时有利于其小型化发展。这里采用金属发热体50作为mems皮拉尼计100的电阻元件，可以直接通过导线连通于电源。在工作时，金属发热体50连通电源并通入电流后会产生热量，该热量绝大多数是通过基底10导热和对流散热的方式进行散热，而真空度的变化仅取决于对流散热的大小，当散热能力发生变化时，会影响金属发热体50的温度变化，从而影响其电阻值的大小，如此可以通过该方法直接测量的电阻来反映相应的真空度大小。进一步地，相较于采用硅材料发热体作为电阻元件，本发明采用金属发热体50作为电阻元件具有较高的灵敏度。并且，本发明中绝缘隔热层30的设置可以有效减小基底10导热，使得金属发热体50主要以对流散热的方式进行散热，这样可以提高mems皮拉尼计100的灵敏度和精度。
[0050]
在本发明的一实施例中，绝缘隔热层30设置有至少两层。这里设置至少两层绝缘隔热层30，既可以有效地克服绝缘材料制作中的应力问题，又可以有效地减少基底10导热。需要说明的是，由于mems皮拉尼计100的整体厚度的限制，在绝缘隔热层30设置为多层时，可以相对减小每一层绝缘隔热层30的厚度，且绝缘层的层数不易过多，可选地，绝缘隔热层30设置有两层、三层或四层。
[0051]
考虑到mems皮拉尼计100的整体厚度和绝缘隔热层30的效果，要保证绝缘隔热层30的厚度较为适宜，可选地，绝缘隔热层30的厚度范围为3um-5um，比如，绝缘隔热层30的厚度范围为3um、4um或5um。
[0052]
由于本发明中金属发热体50作为电阻元件，其电阻可以直接反映相应的真空度大小，并且，电阻与其厚度成反比，为了提高其测量灵敏度，需要较大的电阻，则金属层的厚度选用较小，且要保证金属发热体50的发热量，其厚度以不宜过小。可选地，金属层的厚度范围为10nm-100nm。
[0053]
进一步，在本发明的一实施例中，基底10背向绝缘隔热层30的表面开设有对流孔11，对流孔11贯穿基底10的另一表面，并对应于金属发热体50。这里基底10开设对流孔11后，便与绝缘隔热层30共同围合形成了空腔，空腔与金属发热体50对应设置，如此可以有效地减小基底10导热，使得金属发热体50主要以对流散热的方式进行散热，这样可以有效地提高mems皮拉尼计100的灵敏度和精度。
[0054]
需要说明的是，对流孔11通常是采用干法腐蚀法对基底10蚀刻得到的，在制作时，可能会存在过刻的风险，从而对隔热绝缘层造成损坏。为了避免该风险，请再次参阅图1，在本发明的一实施例中，mems皮拉尼计100还包括截止层20，截止层20设于基底10与绝缘隔热层30之间。这里截止层20的材质通常为金属材质，在采用干法腐蚀法蚀刻基底10时，不会对截止层20造成损坏，进而不会对绝缘隔热层30造成损坏，即截止层20的设置可以起到对绝缘隔热层30防护的作用。
[0055]
进一步地，截止层20开设有贯穿孔21，贯穿孔21贯穿截止层20的两表面，并与对流孔11对应且相连通。
[0056]
由于截止层20为金属层，会影响其基底10导热，这里开设与对流孔11对应且相连通的贯穿孔21，即贯穿孔21与金属导热体相对应，这样可以更有效地减小基底10导热，从而更有效地提高mems皮拉尼计100的灵敏度和精度。
[0057]
可选地，对流孔11和所述贯穿孔21均为圆形，贯穿孔21的直径不小于对流孔11的直径。如此可以有效地减小截止层20与基底10之间的接触面积，从而更有效地减小基底10导热。优选地，贯穿孔21的直径大于对流孔11的直径。
[0058]
本发明还提出一种mems皮拉尼计100的制作方法，用于制作mems皮拉尼计100。
[0059]
参照图2、图5至图9，在本发明mems皮拉尼计100的制作方法一实施例中，mems皮拉尼计100的制作方法包括以下步骤：
[0060]
s10，提供一基底10；
[0061]
s20，在所述基底10的一表面制作绝缘隔热层30；
[0062]
s30，在所述绝缘隔热层30背向所述基底10的表面制作金属发热体50。
[0063]
具体地，提供一硅基底10，在硅基底10的表面制作绝缘隔热层30，绝缘隔热层30的材料可以为光刻胶、二氧化硅或氮化硅，制作绝缘隔热层30可以是在硅基底10的表面匀绝缘隔热效果强的光刻胶，并经过烘烤固化后得到，或者是，通过在硅基底10的表面气相沉积二氧化硅或氮化硅材料得到。之后在绝缘隔热层30背向硅基底10的表面制作金属发热体50，便可得到mems皮拉尼计100，该制作方法工艺较为简单，制作得到的mems皮拉尼计100结构总体尺寸较小，可靠性较高，易于集成，当应用于mems传感器时有利于其小型化发展。且该制作工艺与其他传感器工艺兼容性好，有利于与其他mems传感器集成。
[0064]
参照图5至图7，在制作金属发热体50时，首先在绝缘隔热层30背向基底10的表面匀光刻胶，得到光刻胶层40，在光刻胶层40背向绝缘层的表面进行线条图形化曝光部分区域，经过显影去除，以得到显露部分绝缘隔热层30的区域，用物相沉积的方法在该区域内沉积金属层，即为金属加热体，之后采用丙酮溶剂剥离去除光刻胶层40即可。
[0065]
参照图3、图5及图6，在本发明的一实施例中，步骤s20，在所述基底10的一表面制作绝缘隔热层30的步骤中，包括：
[0066]
步骤s21，在所述基底10的一表面依次制作至少两层绝缘隔热层30。
[0067]
具体地，在基底10的表面依次制作至少两层绝缘隔热层30，每一层绝缘隔热层30的材质可以相同，也可以不同。多层绝缘隔热层30的制作既可以有效地克服绝缘材料制作中的应力问题，又可以有效地减少基底10导热。为了更有效地克服绝缘材料制作中的应力问题，可选地，相邻两层绝缘隔热层30的材质和厚度均不同。
[0068]
在本发明的一实施例中，在基底10的表面依次匀两层绝缘隔热光刻胶，经烘烤固
化后便可得到两层绝缘隔热层30，制作方法较为简单，且可保证层与层之间的粘结力，从而提高整个mems皮拉尼计100的可靠性。
[0069]
进一步地，参照图4和图9，在本发明的一实施例中，步骤s30，在所述绝缘隔热层30背向所述基底10的表面制作金属发热体50的步骤之后，还包括：
[0070]
步骤s30，对所述基底10背向所述绝缘隔热层30的表面进行蚀刻，得到贯穿所述基底10另一表面且与所述金属发热体50对应的对流孔11。
[0071]
具体地，采用干法蚀刻对基底10背向绝缘隔热层30的表面进行蚀刻，得到贯穿基底10另一表面且与金属发热体50的对流孔11，对流孔11与绝缘隔热层30便共同围合形成了空腔，如此可以有效地减小基底10导热，从而增大对流散热，提高mems皮拉尼计100的灵敏度。
[0072]
需要说明的是，参照图8和图9，为了避免干法蚀刻对基底10和金属发热体50的影响，在蚀刻得到对流孔11的过程中，先在基底10背向绝缘层的表面和金属发热体50的表面匀制保护胶层60，保护胶层60完全覆盖基底10表面、金属发热体50表面及绝缘隔热层30的表面，经过图形化曝光基底10表面保护胶层60的部分区域，暴露出硅基底10，采用干法蚀刻暴露的硅基底10，以得到贯穿基底10另一表面的对流孔11。
[0073]
进一步地，参照图4和图1，在本发明的一实施例中，步骤s20，在所述基底10的一表面制作绝缘隔热层30的步骤中，包括：
[0074]
步骤s21，在基底10的一表面制作截止层20，并在所述截止层20背向所述基底10的表面制作绝缘隔热层30。
[0075]
具体地，采用物相沉积的方法在基底10的表面沉积一层金属层，即为截止层20，之后在截止层20背向基底10的表面制作绝缘隔热层30即可。
[0076]
相应地，步骤s30，对所述基底10背向所述绝缘隔热层30的表面进行蚀刻，得到贯穿所述基底10另一表面且与所述金属发热体50对应的对流孔11的步骤之后，还包括：
[0077]
步骤s40，去除部分截止层20，得到与所述对流孔11对应且相连通的贯穿孔21。
[0078]
具体地，采用湿法腐蚀的方法去除部分截止层20，得到与对流孔11对应且相连通的贯穿孔21。由于截止层20为金属层，会影响其基底10导热，这里制作与对流孔11对应且相连通的贯穿孔21，即贯穿孔21与金属导热体相对应，这样可以更有效地减小基底10导热，从而更有效地提高mems皮拉尼计100的灵敏度和精度。
[0079]
本发明还提出了一种mems传感器，所述mems传感器包括封装体和设于所述封装体内的mems皮拉尼计100，所述mems皮拉尼计100为如前所述的mems皮拉尼计100，该mems皮拉尼计100的具体结构参照前述实施例。由于mems传感器采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0080]
这里mems传感器可以为加速度传感器、陀螺仪传感器或其他高性能传感器，也或者组合传感器。mems传感器包括封装体，封装体具有腔体，mems皮拉尼计100安装于封装体的腔体内，用于实时监测mems传感器封装体内的真空度。
[0081]
本发明还提出了一种电子设备，所述电子设备包括如前所述的mems传感器，mems传感器的具体结构参照前述实施例。由于mems传感器采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0082]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本
发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。