[發明專利]一種MEMS流量傳感芯片及其制造方法和流量傳感器

有效

• 申請號: 202010747126.0
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111964742B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 黃立基
• 申請（專利權）人: 矽翔微機電系統（上海）有限公司
• 主分類號: G01F1/86
• 分類號: G01F1/86
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 王獻茹

本發明提供了一種MEMS流量傳感芯片及其制造方法和流量傳感器，涉及流量測試領域，為解決現有熱式質量流量傳感芯片容易受到氣體組分變化的影響，導致此類流量傳感器應用受到限制的問題而設計。該MEMS流量傳感芯片包括基體和設置于基體的多個傳感元件，多個傳感元件包括量熱元件、飛行時間感測元件和風速感測元件，基體設置有加熱元件，加熱元件用于為飛行時間感測元件、量熱元件和風速感測元件提供熱量，飛行時間感測元件被配置為計量流體的體積流量和流體的熱物性值，量熱元件和風速感測元件被配置為計量流體的質量流量和流速。本發明提供的MEMS流量傳感芯片及流量傳感器在測量質量流量過程中可同時測量氣體的熱物性、流速和體積流量。

技術領域

本發明涉及流量測試領域，具體而言，涉及一種MEMS(Micro Electro MechanicalSystem，微機電系統)傳感芯片及其制造方法和流量傳感器。

背景技術

熱式質量流量傳感器主要通過介質中的熱傳導原理來感測介質流量，其中，加熱元件提供恒定的溫度或恒定的功率，而位于加熱元件上游和下游的傳感元件測量與質量相關的溫度變化流動介質的流量。這種測量方式由于不受溫度和壓力的影響，因此，對于氣體的計量具有極大的吸引力，近年來在醫療、工業過程控制、物聯網及城市天然貿易計量獲得了越來越多的應用。但由于傳統的熱質量流量測量對氣體組分敏感，對于組分復雜氣體的計量具有附加的不確定度乃至較大的偏差，從而限制了這一技術的應用范圍。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種MEMS流量傳感芯片，以解決現有熱式質量流量傳感芯片容易受到氣體組分變化的影響，導致此類流量傳感器應用受到限制的技術問題。

本發明提供的MEMS流量傳感芯片，包括基體和設置于所述基體的多個傳感元件，多個傳感元件包括量熱元件、飛行時間感測元件和風速感測元件，所述飛行時間感測元件設置在所述風速感測元件與所述量熱元件之間的流體流動路徑上，所述基體設置有加熱元件，所述加熱元件用于為所述飛行時間感測元件、所述量熱元件和所述風速感測元件提供熱量，其中，所述飛行時間感測元件被配置為計量流體的體積流量和流體的熱物性值，所述量熱元件和所述風速感測元件被配置為計量流體的質量流量和流速。

進一步地，多個所述傳感元件中，還包括感溫元件，所述感溫元件設置于所述風速感測元件的上游，所述感溫元件用于感測流體的環境溫度。

進一步地，所述飛行時間感測元件的數量為兩個，兩個所述飛行時間感測元件分別位于所述加熱元件的上游和下游，或者，兩個所述飛行時間感測元件均位于所述加熱元件的下游。

進一步地，所述基體包括依次層疊設置的芯片層、絕緣層和硅器件層，多個所述傳感元件均設置于所述硅器件層。

進一步地，所述基體具有相背設置的第一面和第二面，其中，所述第一面設置有第一氮化硅層，所述第二面設置有第二氮化硅層，多個所述傳感元件設置于所述第一氮化硅層。

進一步地，所述基體設置有隔熱腔，所述隔熱腔被配置為阻止所述加熱元件產生的熱量向所述基體傳導。

進一步地，所述加熱元件包括微加熱器，所述微加熱器同時為所述飛行時間感測元件和所述風速感測元件提供熱量。

進一步地，所述基體開設有通孔，所述通孔填充有導電材料，以形成導電路徑，多個所述傳感元件均電連接至所述導電路徑。

本發明MEMS流量傳感芯片帶來的有益效果是：