[實用新型]一種熱膜式流量傳感芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420646228.3
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN204128607U
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪碩
• 申請（專利權(quán)）人: 汪碩
• 主分類號: G01F1/69
• 分類號: G01F1/69
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于微機電系統(tǒng)(MEMS)流量檢測領(lǐng)域，更具體地，涉及一種熱膜式流量傳感芯片。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中，氣體的流量是經(jīng)常測量和控制的參數(shù)之一。流量的測量有體積與質(zhì)量計量兩種方式。體積流量計其計量精確度往往受溫度、壓力等工況變化的影響，誤差較大；質(zhì)量流量由于不受粘度、密度、電導(dǎo)率、壓力和溫度的影響，因此在要求精確計量的場合往往采用質(zhì)量流量計量。熱膜式流量傳感芯片是根據(jù)托馬斯(Thomas)提出的“氣體的放熱量或吸熱量與該氣體的質(zhì)量流量成正比”的理論，即流動中的流體與熱源之間的熱量交換關(guān)系來測量流量的，是目前國際上應(yīng)用最廣泛的氣體流量檢測技術(shù)。

現(xiàn)有的熱膜式流量傳感芯片由于電橋中四個電阻制造工藝存在誤差，造成電阻不匹配，使得電橋零點漂移較大。現(xiàn)有技術(shù)中用于減小零點漂移的方式主要包括在芯片外進(jìn)行電阻補償。然而，進(jìn)一步研究表明，盡管在芯片外進(jìn)行電阻補償能夠減小零點漂移，但由于電橋電阻制造工藝誤差以及芯片外補償電阻與芯片上電阻的電阻溫度系數(shù)、所處的溫度環(huán)境往往不同，導(dǎo)致在芯片外進(jìn)行電阻補償時電橋仍存在絕對值較大的零點漂移，限制了測量精度的進(jìn)一步提高。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實用新型的目的在于提供一種熱膜式流量傳感芯片，其中通過對其關(guān)鍵組件的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部構(gòu)造、電阻排列方式等進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決現(xiàn)有熱膜式流量傳感芯片零點漂移大、測量精度低的問題，從而實現(xiàn)氣體流量的高精度測量。

為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型，提供了一種熱膜式流量傳感芯片，其特征在于，自下而上依次包括基底硅層、氮化硅絕緣層和金屬電阻層；

所述氮化硅絕緣層為低應(yīng)力氮化硅絕緣層，直接沉積在所述基底硅層上；

所述基底硅層位于所述氮化硅絕緣層中間區(qū)域下方的區(qū)域被刻蝕，使所述氮化硅絕緣層中間區(qū)域形成懸空結(jié)構(gòu)；

所述金屬電阻層包括一個用于加熱氣體的加熱電阻，一個測量所述加熱電阻溫度的測溫電阻，四個測量氣體溫度的電阻，一個補償電橋平衡的電阻和一個測量環(huán)境氣體溫度的電阻。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述測量環(huán)境氣體溫度的電阻位于所述氮化硅絕緣層非懸空結(jié)構(gòu)的上方；

所述加熱電阻、測量所述加熱電阻溫度的測溫電阻、測量氣體溫度的電阻和補償電橋平衡的電阻均設(shè)置在所述氮化硅絕緣層懸空結(jié)構(gòu)的上方，從而避免所述基底硅層傳熱的影響；所述加熱電阻位于所述氮化硅絕緣層懸空結(jié)構(gòu)中間區(qū)域的上方，所述測量加熱電阻溫度的測溫電阻圍繞所述加熱電阻，所述補償電橋平衡的電阻圍繞所述測量加熱電阻溫度的測溫電阻，所述四個測量氣體溫度的電阻對稱布置在所述加熱電阻的兩側(cè)。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述補償電橋平衡的電阻為分段可調(diào)的，是根據(jù)所述四個測量氣體溫度的電阻所構(gòu)成的電橋中橋路電阻誤差調(diào)整后得到的。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述測量加熱電阻溫度的測溫電阻測得的加熱電阻溫度值與所述測量環(huán)境氣體溫度的電阻測得的環(huán)境氣體溫度值兩者形成差分信號，用于反饋控制所述加熱電阻的電阻功率。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述氮化硅絕緣層的厚度為300納米至2000納米。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述金屬電阻層為折線形，橫截面為矩形。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述金屬電阻層自下而上依次包括Cr層和Pt層；所述Cr層厚度為10納米至100納米；Pt層厚度為50納米至200納米。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述加熱電阻的阻值為30-100歐姆，所述測量加熱電阻溫度的測溫電阻的阻值為300-900歐姆，所述補償電橋平衡的電阻的阻值為30-400歐姆，所述四個測量氣體溫度的電阻的阻值均為600-1500歐姆，所述測量環(huán)境氣體溫度的電阻的阻值為1000-1600歐姆。