本發(fā)明提出了一種基于無源無線技術(shù)的熱損失型風(fēng)速傳感器及其制備方法和檢測方法，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風(fēng)速檢測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源開發(fā)、交通旅游、氣象預(yù)報以及物聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域都起著非常重要的作用。微電子機械(MEMS)風(fēng)速傳感器采用正面感風(fēng)的工作方式，雖然靈敏度很高，但通孔技術(shù)或者鍵合技術(shù)不可避免，不僅如此，高風(fēng)速時，鍵合線容易斷裂，從而降低傳感器的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種熱損失型風(fēng)速傳感器及其檢測方法，采用正面感風(fēng)的工作方式的同時能避免使用鍵合線技術(shù)和襯底通孔技術(shù)。

本發(fā)明公開的熱損失型風(fēng)速傳感器，包括絕緣襯底，布置在絕緣襯底背面的加熱電感線圈，以及布置在絕緣襯底正面且與加熱電感線圈位置正對應(yīng)的發(fā)熱電感線圈；絕緣襯底正面上設(shè)有二氧化硅層，發(fā)熱電感線圈的兩個線端在二氧化硅薄層中連接，以形成閉合回路。

進一步的，絕緣襯底是玻璃襯底。

進一步的，玻璃襯底的厚度為300-500微米，熱導(dǎo)率小于30W/mk。

進一步的，二氧化硅薄層厚度是1-2微米。

本發(fā)明還公開的上述熱損失型風(fēng)速傳感器的制備方法，包括如下步驟：

第一階段：制作發(fā)熱電感線圈的金屬連接線，先后實施如下步驟：在準(zhǔn)備的玻璃襯底的正面生長二氧化硅層；在二氧化硅層上方旋涂光刻膠并固化；利用光刻技術(shù)去除正面需要生長金屬部分的光刻膠；刻蝕需要生長金屬連接線位置的二氧化硅層；濺射金屬材料；泡入丙酮溶液中，剝離后形成金屬連接線；

第二階段：制作正面的發(fā)熱電感線圈，先后實施如下步驟：在二氧化硅層上方旋涂光刻膠并固化，刻蝕出需要生長金屬的部分；濺射金屬材料；泡入丙酮溶液中，剝離，形成襯底正面的發(fā)熱電感線圈；

第三階段：制作背面的發(fā)熱電感線圈，先后實施如下步驟：在襯底背面旋涂光刻膠，固化；利用光刻技術(shù)去除背面需要生長金屬部分的光刻膠；濺射金屬材料；泡入丙酮溶液中，剝離，形成襯底背面的加熱電感線圈。、

進一步的，濺射的金屬材料優(yōu)選為金或銅。

本發(fā)明還公開的一種基于上述熱損失型風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)的風(fēng)速檢測方法，通過對加熱電感線圈施加交變電流，使得閉合的發(fā)熱電感線圈上產(chǎn)生熱量并在玻璃襯底和二氧化硅層中形成溫度梯度；當(dāng)風(fēng)吹過時熱量被帶走，發(fā)熱電感線圈的電阻變小，從而引起加熱電感線圈輸入阻抗的變化，最終可以實現(xiàn)風(fēng)速的測量。

進一步的，加熱電感線圈的等效阻抗Z可以表示成如下函數(shù)關(guān)系:

Z＝F(x,μ,ρ,f)

其中，x是襯底的厚度，μ是發(fā)熱電感線圈的磁導(dǎo)率,ρ是發(fā)熱電感線圈的電阻率,f是加熱電感線圈中激勵電流的頻率。

本發(fā)明所公開的熱損失型風(fēng)速傳感器及其檢測方法，具有如下有益效果：

(1)采用正面感風(fēng)，提高風(fēng)速傳感器的靈敏度，降低風(fēng)速傳感器的功耗。

(2)通過正背面的電感線圈互相作用，解決引線問題，實現(xiàn)正面無線加熱和無線測溫，避免了鍵合線技術(shù)和襯底通孔技術(shù)。

附圖說明

圖1是基于熱損失型風(fēng)速傳感器的正面示意圖；

圖2是基于熱損失型風(fēng)速傳感器的背面示意圖；

圖3是圖1中AA’的剖面示意圖；

圖4是熱損失型風(fēng)速傳感器的制作過程結(jié)構(gòu)示意圖

圖中包括：玻璃襯底1，二氧化硅絕緣層2，發(fā)熱電感線圈3和加熱電感線圈4。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明提供的熱損失型風(fēng)速傳感器包括玻璃襯底1、玻璃襯底正面的二氧化硅層2、發(fā)熱電感線圈3、加熱電感線圈4。其中，玻璃襯底1，其熱導(dǎo)率小于10即可；當(dāng)然，從理論上說,對襯底的熱導(dǎo)率沒有要求,但是為了提高靈敏度,最好采用玻璃。發(fā)熱電感線圈3，即發(fā)熱元件，生長在玻璃襯底1正面的二氧化硅層2上，且發(fā)熱電感線圈3的中心線線端穿過二氧化硅層2與外部線端連接以形成閉合回路，通過給玻璃襯底背面的加熱電感線圈4施加交變電流電流使其發(fā)熱。二氧化硅層2的厚度在1-2um即可。

結(jié)合圖4，實施例中的熱損失型風(fēng)速傳感器可按如下順序制備：

圖4-1：準(zhǔn)備絕緣的玻璃襯底；

圖4-2：在玻璃襯底正面生長二氧化硅層；

圖4-3：在二氧化硅層上方旋涂光刻膠，固化；

圖4-4：利用光刻技術(shù)去除正面需要生長金屬部分的光刻膠；

圖4-5：刻蝕需要生長金屬連接線位置的二氧化硅層；

圖4-6：濺射金屬材料；

圖4-7：泡入丙酮溶液中，剝離，形成金屬連接線；

圖4-8：在二氧化硅層上方旋涂光刻膠，固化，刻蝕出需要生長金屬的部分；

圖4-9：濺射金屬材料；

圖4-10：泡入丙酮溶液中，剝離，形成襯底正面的發(fā)熱電感線圈；

圖4-11：在襯底背面旋涂光刻膠，固化；

圖4-12：利用光刻技術(shù)去除背面需要生長金屬部分的光刻膠；

圖4-13：濺射金屬材料；

圖4-14：泡入丙酮溶液中，剝離，形成襯底背面的加熱電感線圈；

其中，濺射的金屬材料優(yōu)選為金或銅。

基于上述熱損失型風(fēng)速傳感器的工作原理是：

首先在玻璃襯底1背面的加熱電感線圈4上施加交變電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合的電感線圈3上產(chǎn)生熱量并在玻璃襯底1和二氧化硅層2中形成溫度梯度。

無風(fēng)時，即風(fēng)速為零時，發(fā)熱電感線圈的溫度是一定的；當(dāng)有風(fēng)吹過時，由于強迫對流的作用，會將熱量帶走，從而導(dǎo)致發(fā)熱電感線圈3的溫度下降，導(dǎo)致發(fā)熱電感線圈3的電阻率隨之減小。風(fēng)速越大，發(fā)熱電感線圈3的電阻率減小地越多。同時利用襯底1背面的加熱電感線圈4測量發(fā)熱電感線圈3的溫度變化，發(fā)熱電感線圈3溫度的變化反映為相應(yīng)加熱電感線圈4阻抗的變化。

具體的，加熱電感線圈4的等效阻抗Z可以表示成如下一個函數(shù)關(guān)系:

Z＝F(x,μ,ρ,f)

其中，x是襯底的厚度，μ是發(fā)熱電感線圈的磁導(dǎo)率,ρ是發(fā)熱電感線圈的電阻率,f是加熱電感線圈中激勵電流的頻率。

當(dāng)x,μ,f保持不變時，溫度變化會導(dǎo)致發(fā)熱電感線圈3電阻率ρ(或電導(dǎo)率)的變化。因此，通過加熱電感線圈4的阻抗讀取即可實現(xiàn)發(fā)熱電感線圈3溫度變化的測量，并得到發(fā)熱電感線圈3電導(dǎo)率的變化。

通過測溫加熱電感線圈4的阻抗值測量，即可實現(xiàn)發(fā)熱電感線圈3溫度變化的測量，并得到發(fā)熱電感線圈3電導(dǎo)率的變化。

最后，通過發(fā)熱電感線圈3電導(dǎo)率的變化，即可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)測量出風(fēng)速大小。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。