一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境参数的测量及传感器的结构领域。
【背景技术】
[0002]随着社会的迅速发展，各行各业的企业先后在我们的身边安家落户，导致无论在中国还是在国际社会中，社会环境问题非常普遍而且日益严重，近年来，由于自然灾害的逐渐增多，气象检测在人们生活中的地位也越来越高，因此对环境参数的测量成为人们关注的焦点，因而对环境参数传感器的要求也就越来越高。传统的环境参数测量方法主要用风杯来测量风速，用风标来测量风向，这些机械装置不仅体积较大而且需要经常检查维护，需要耗费大量的人力物力，随着MEMS技术的发展，现在又研制出硅薄膜式传感器和硅悬梁式传感器，这两种传感器体积小，价格低，但是这两种传感器的工作环境随外界环境变化而变化，误差较大、精度较低。传统的气体参数传感器集成度低，传感器工作温度随环境温度而变，现在又研制出使用镍铬丝对传感器单元进行加热，但是这种加热方式不均匀，加热面积小，且易造成热量的浪费，传感器精度低，误差大。
[0003]本发明的一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器弥补了现有传感器的部分不足，采用MEMS技术，将环境参数参数的测量和环境气体参数的测量有效集成在一个传感器中，整个传感器结构体积小、重量轻、价格低。本传感器结构内部具有镍铬合金膜加热线圈，可为各传感器单元提供最适的工作温度，同时本传感器的悬臂梁式结构可大大减小热量的散失、降低功耗、提高能量利用率。对于实现环境参数的实时检测具有重大的研宄意义和应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决现有的环境参数传感器测量参数单一、受环境温湿度影响较大、工作温度随环境温度变化、精度低、体积大、成本高等问题，而提出的一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器及其结构。
[0005]一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器，它由硅基底(I)、二氧化硅绝缘层(2)、镍铬合金膜加热线圈、环境参数传感器单元焊盘、镍铬合金膜加热线圈焊盘、氧化铝绝缘层￠)、环境参数传感器单元、环境温湿度传感器单元、加热温度传感器单元(9)、连接线(10)和凹槽组成；所述的硅基底(I)与所述的镍铬合金膜加热线圈、环境参数传感器单元焊盘、镍铬合金膜加热线圈焊盘，通过二氧化硅绝缘层(2)连接并实现绝缘，所述的镍铬合金膜加热线圈与所述的环境参数传感器单元、环境温湿度传感器单元、加热温度传感器单元(9)、连接线(10)通过氧化铝绝缘层(6)连接并实现绝缘。
[0006]进一步，该传感器各部分结构间的连接方式:该传感器由镍铬合金膜加热线圈、环境参数传感器单元焊盘、镍铬合金膜加热线圈焊盘、环境参数传感器单元、环境温湿度传感器单元和加热温度传感器单元(9)单元构成；镍铬合金膜加热线圈是2个，镍铬合金膜加热线圈焊盘是4个，镍铬合金膜加热线圈焊盘(5-1)和镍铬合金膜加热线圈焊盘(5-4)两部分分别与镍铬合金膜加热线圈(3-1)相连并为之提供加热电压，镍铬合金膜加热线圈焊盘(5-2)和镍铬合金膜加热线圈焊盘(5-3)两部分分别与镍铬合金膜加热线圈(3-2)相连并为之提供加热电压；环境参数传感器单元焊盘是16个，环境参数传感器单元是8个，环境温湿度传感器单元是2个，环境参数传感器单元焊盘(4-1)和环境参数传感器单元焊盘(4-2)分别与环境参数传感器单元(7-8)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-2)和环境参数传感器单元焊盘(4-3)分别与环境参数传感器单元(7-1)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-3)和环境参数传感器单元焊盘(4-6)分别与环境参数传感器单元(7-2)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-6)和环境参数传感器单元焊盘(4-7)分别与环境参数传感器单元(7-3)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-7)和环境参数传感器单元焊盘(4-8)分别与环境参数传感器单元(7-4)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-8)和环境参数传感器单元焊盘(4-9)分别与环境参数传感器单元(7-5)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-11)和环境参数传感器单元焊盘(4-14)分别与环境参数传感器单元(7-6)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-14)和环境参数传感器单元焊盘(4-15)分别与环境参数传感器单元(7-7)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-4)和环境参数传感器单元焊盘(4-5)分别与环境湿度传感器单元(8-1)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-12)和环境参数传感器单元焊盘(4-13)分别与环境温度传感器单元(8-2)的两端相连并为之提供工作电压，环境参数传感器单元焊盘(4-10)和环境参数传感器单元焊盘(4-16)分别与加热温度传感器单元(9)的两端相连并为之提供工作电压。
[0007]进一步，该传感器采用两组半圆形同心环形镍铬合金膜加热线圈，对各传感器单元进行对称、均匀加热。
[0008]进一步，该传感器采用悬臂梁式结构。
[0009]进一步，该传感器的对称结构:硅基底(I)和二氧化硅绝缘层(2)的尺寸为8000MmX8000Mm，并且是中心对称的正方形结构；镍铬合金膜加热线圈、环境参数传感器单元焊盘和镍铬合金膜加热线圈焊盘关于坐标轴呈中心对称结构；氧化铝绝缘层(6)关于坐标轴呈中心对称结构；环境参数传感器单元和凹槽关于坐标轴呈中心对称结构。
[0010]进一步，该传感器环境参数传感器单元、环境温湿度传感器单元和加热温度传感器单元(9)分布在8000MmX8000Mm的平面上。
[0011]一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器，其特征在于:它由硅基底、二氧化硅绝缘层、镍铬合金膜加热线圈、16个环境参数传感器单元焊盘、4个镍铬合金膜加热线圈焊盘、氧化铝绝缘层、8个环境参数传感器单元、I个环境温湿度传感器单元、I个加热温度传感器单元、连接线和凹槽组成。其结构形成过程为:先在硅基底上表面氧化生成一层二氧化硅绝缘层，再在二氧化硅绝缘层上表面通过磁控溅射技术生成一层镍铬合金膜加热线圈、16个环境参数传感器单元焊盘和4个镍铬合金膜加热线圈焊盘，依次使用磁控溅射与氧化的方法在二氧化硅绝缘层和镍铬合金膜加热线圈之上生成一层氧化铝绝缘层，并露出环境参数传感器单元焊盘和镍铬合金膜加热线圈焊盘，然后使用磁控溅射技术在对应焊盘上溅射一定厚度的对应大小的焊盘，再在焊盘、氧化铝绝缘层之上再生长16个一定厚度的环境参数传感器单元焊盘、4个镍铬合金膜加热线圈焊盘、8个环境参数传感器单元、I个环境温湿度传感器单元、I个加热温度传感器单元和连接线，最后进行镂空处理，先用盐酸对氧化铝绝缘层进行镂空形成4个凹槽，再用氢氟酸对二氧化硅绝缘层进行镂空形成4个凹槽，然后用EPW腐蚀剂对硅基底进行镂空形成4个凹槽，最后再用EPW腐蚀剂，对硅底部进行镂空，形成I个凹槽，至此，一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器就形成了。
[0012]本传感器的结构通过以下几个步骤实现:
[0013]步骤一:准备规格为8000X8000X 300Mm3的硅片作为基底，清洁基底表面。
[0014]步骤二:用氢氟酸清洗掉硅上表面已被氧化生成的二氧化硅，通过干氧-湿氧-干氧交替氧化的方法，生长一层二氧化硅绝缘层，厚度为2Mm。
[0015]步骤三:在二氧化硅绝缘层上通过磁控溅射技术，生长一层镍铬合金膜加热线圈、环境参数传感器单元焊盘和镍铬合金膜加热线圈焊盘，厚度均等，为2Mm，镍铬合金膜加热线圈，最大半径为2000Mm，环形线圈宽度为200Mm，线圈之间间隔为200Mm，最小的环形线圈半径为400Mm，整个镍铬合金膜加热线圈被分成两个部分，分别和4个镍铬合金膜加热线圈焊盘相连，镍铬合金膜加热线圈的两部分相距50Mm，环境参数传感器单元焊盘尺寸为700 X 700 X 2Mm3,镍铬合金膜加热线圈焊盘尺寸为800 X 800 X 2Mm3;两部分镍铬合金膜加热线圈与镍铬合金膜加热线圈焊盘通过宽度为50Mm镍铬合金膜连接线相连。
[0016]步骤四:在通过上述步骤形成的整个结构中，再通过磁控溅射技术，溅射一层铝，经氧化后形成一层厚度为5Mm氧化铝绝缘层，并露出环境参数传感器单元焊盘和镍铬合金膜加热线圈焊盘。
[0017]步骤五:先在20个焊盘的对应位置上采用磁控溅射技术，生成厚度为5Mm的环境参数传感器单元焊盘和镍铬合金膜加热线圈焊盘，使各个焊盘上表面的高度和氧化铝绝缘层上表面的高度平齐，再使用磁控溅射技术，生成厚度为2Mm的环境参数传感器单元焊盘、镍铬合金膜加热线圈焊盘、环境参数传感器单元、环境温湿度传感器单元、加热温度传感器单元和连接线。
[0018]步骤六:整体结构形成后，采用镂空技术，形成凹槽，分别用盐酸、HF酸和EPW腐蚀剂对氧化铝绝缘层、二氧化硅绝缘层和硅基底从正面对结构进行腐蚀，再用EPW腐蚀剂从背面对硅基底进行腐蚀，就可以得到一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器。
[0019]本发明的优点为:一种镍铬合金膜加热温度可控环境参数集成传感器可通过镍铬合金膜加热线圈对传感器进行加热，中间加热线圈温度传感器可实时检测传感器工作温度，为各个传感器单元提供适宜的工作温度，由此提高了本传感器的精度；一种悬臂梁式结构可大大减小热量的散失，降低功耗、节约能源；传感器结构的对称设计，可减小外界环境带来的误差，进一步提高本传感器的测量精度；温湿度传感器的添加，为后续数据处理电路提供测量参数，进行温湿度自补偿计算；借助MEMS技术，将环境参数的测量和气体参数的测量集成在一个传感中，可使本传感器体积减小、重量减轻、价格降低、集成度变高。
【附图说明】
[0020]图1为一种镍铬合金膜加热的环境参数集成传感器的拼装图。
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