[發(fā)明專利]一種MEMS熱式流量傳感器及其制造方法

有效

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• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104406644B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 趙元富;李光北;張富強;楊靜;孟美玉;孫俊敏
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: G01F1/69
• 分類號: G01F1/69
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發(fā)明涉及一種微電子機械系統(tǒng)(MEMS)熱式流量傳感器及其制造方法，屬于傳感技術領域。

背景技術

隨著科技的飛速發(fā)展和科技的不斷進步，流量檢測的任務越來越重，傳統(tǒng)的流體傳感器由于存在著靈敏度低、體積大、成本高等缺點，在微流體的流體特性測量中存在很大的局限性。隨著微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術的不斷進步，具有體積小，功耗低等特點的MEMS流量傳感器應運而生，并大量的應用于汽車、天然氣、分析化學、生物工程、醫(yī)藥工程領域等。熱式流量傳感器測量流量范圍較寬，具有很高的靈敏度，流量下限也很低。熱式流量傳感器的關鍵部件是加熱元件、感應元件和隔熱處理。小的加熱元件和感應元件可以提高傳感器的響應速度，不同的基體隔熱效果是不相同的，良好的隔熱可以提高傳感器靈敏度。熱式傳感器是微型流量傳感器研究熱點，其發(fā)展趨勢是向進一步微型化和三維化并能分辨流動方向發(fā)展。由于檢測的流體多為含有雜質的氣體和液體，流量傳感器很容易受到污染和腐蝕，影響傳感器可靠性和壽命。另外，現有的熱式MEMS流量傳感器多用硅基作襯底，工藝復雜，成本較高，且抗振動和隔熱性不能兼容。

發(fā)明內容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種MEMS熱式流量傳感器及其制造方法，該熱式流量傳感器解決了現有熱式流量傳感器易受污染，抗振動和隔熱性不能兼容的難題，制造方法加工工藝簡單，成本低，能夠實現批量生產。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種MEMS熱式流量傳感器，包括：襯底、第一組熱敏電阻體、加熱電阻體、第二組熱敏電阻體、環(huán)境溫度測量電阻體、引出線、鈍化保護層和電極焊盤部；

襯底背面加工有一個空腔，襯底位于空腔上方的部分形成薄膜層；在薄膜層上表面設置有加熱電阻體，第一組熱敏電阻體和第二組熱敏電阻體沿流體流動的方向對稱地設置在加熱電阻體兩側；在襯底的上表面，靠近薄膜層的位置處設置有環(huán)境溫度測量電阻體，且環(huán)境溫度測量電阻體相較于加熱電阻體更靠近流體上游一側；

第一組熱敏電阻體包括第一熱敏電阻體和第二熱敏電阻體，第二組熱敏電阻體包括第三熱敏電阻體和第四熱敏電阻體，第一熱敏電阻體的兩端、第二熱敏電阻體的兩端、第三熱敏電阻體的兩端、第四熱敏電阻體的兩端以及加熱電阻體的兩端均設置有引出線，環(huán)境溫度測量電阻體一端設置有引出線，另一端與加熱電阻體的一端相連；

襯底、第一組熱敏電阻體、加熱電阻體、第二組熱敏電阻體、環(huán)境溫度測量電阻體以及引出線的表面覆蓋有鈍化保護層；

所述各引出線末端均加工有電極焊盤部，所述電極焊盤部穿過鈍化保護層與外部電路相連接。

所述加熱電阻體的中心位于薄膜層的中心處，且第一組熱敏電阻體、第二組熱敏電阻體和加熱電阻體的中心位于同一直線上。

所述第一熱敏電阻體兩端的引出線與第四熱敏電阻體兩端的引出線關于加熱電阻體對稱，第二熱敏電阻體兩端的引出線與第三熱敏電阻體兩端的引出線關于加熱電阻體對稱。

所述第一熱敏電阻體、第二熱敏電阻體、加熱電阻體、第三熱敏電阻體、第四熱敏電阻體、環(huán)境溫度測量電阻體和引出線的材料為鉑、鎢、鎳合金或摻雜有雜質的多晶硅、單晶硅。

所述襯底的材料為玻璃、石英或陶瓷。

所述鈍化保護層的材料為二氧化硅或聚酰亞胺。

所述電極焊盤部采用電鍍金或鋁形成。

制造MEMS熱式流量傳感器的方法，包括以下步驟：

(1)選擇玻璃、石英或陶瓷材料作為襯底；

(2)在襯底的上表面通過濺射的方法形成金屬層或半導體層，其中金屬層為鉑、鎢或鎳合金，半導體層為摻雜有雜質的多晶硅、單晶硅；

(3)通過光刻和刻蝕技術對步驟(2)的金屬層或半導體層進行刻蝕，同時獲得加熱電阻體及其引出線、第一組熱敏電阻體及其引出線、第二組熱敏電阻體及其引出線、環(huán)境溫度測量電阻體及其引出線，其中第一組熱敏電阻體包括第一熱敏電阻體和第二熱敏電阻體，第二組熱敏電阻體包括第三熱敏電阻體和第四熱敏電阻體；

(4)在襯底、第一組熱敏電阻體、加熱電阻體、第二組熱敏電阻體、環(huán)境溫度測量電阻體以及引出線的表面通過低壓化學氣相沉積的方法淀積一層二氧化硅或旋涂聚酰亞胺，形成鈍化保護層；

(5)去除各引出線末端的鈍化保護層，在所述各引出線末端電鍍金或鋁，形成電極焊盤部；

(6)在襯底的背面制作出空腔，使空腔上方的襯底形成薄膜層，同時使加熱電阻體、第一組熱敏電阻體和第二組熱敏電阻體位于薄膜層上。

所述步驟(6)中采用腐蝕、刻蝕或噴砂的方法制作空腔。