[發明專利]一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器及控制方法

在審

• 申請號: 202110356196.8
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113190050A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 胡國慶;田偉
• 申請（專利權）人: 青島芯笙微納電子科技有限公司
• 主分類號: G05D7/06
• 分類號: G05D7/06;B81B7/02
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

1.一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，包括殼體以及位于殼體內部的質量流量傳感器和壓電膜片，所述殼體包括下基板、上蓋板以及由二者圍成的氣流通道；所述質量流量傳感器設置在下基板上靠近氣流通道的入口一側；所述壓電膜片設置在下基板上靠近氣流通道的出口一側；所述壓電膜片兩端設置于下基板上，所述壓電膜片中部與下基板之間設有振動空隙；

所述壓電膜片采用無機壓電材料，包括鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛，或采用有機壓電材料，包括聚偏氟乙烯，并通過粘接或機械夾持的方法固定在下基板上；

所述質量流量傳感器包括：

襯底，設有沿上下向貫通的隔熱腔體；

支撐層，形成于襯底及隔熱腔體上；

加熱元件，形成于支撐層的上表面，且局部位于隔熱腔體的上方；

感溫元件，形成于支撐層的上表面，兩個感溫元件對稱分布在加熱元件的兩側，且局部位于隔熱腔體的上方；

金屬層，形成于支撐層的上表面；

絕緣層，覆蓋加熱元件、感溫元件及金屬層，且絕緣層上通過局部刻蝕形成暴露出部分金屬層的接觸孔。

2.根據權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，所述壓電膜片的位置低于所述質量流量傳感器的位置，所述上蓋板的內側對應壓電膜片的位置處設有向下的凸起。

3.根據權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，所述質量流量傳感器采用MEMS工藝制作而成，并通過粘接的方法固定在下基板上。

4.根據權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，所述襯底包括硅襯底、鍺襯底、SOI襯底、GeOI襯底的一種。

5.根據權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，所述支撐層、絕緣層的材料為氧化硅、氮化硅的一種或兩種組合。

6.根據權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，所述加熱元件的材料為P型多晶硅、N型多晶硅、金屬的一種。

7.根據權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，所述感溫元件為熱敏電阻或熱電堆；其中，熱敏電阻的材料為具有正/負溫度系數的金屬，熱電堆的材料為P型多晶硅/N型多晶硅的組合，或P型多晶硅/金屬的組合，或N型多晶硅/金屬的組合。

8.根據權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，所述金屬層的材料為金屬鈦、鎢、鉻、鉑、鋁、金中的一種或多種組合。

9.一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制方法，采用如權利要求1所述的一種基于壓電控制閥的MEMS質量流量控制器，其特征在于，氣體從氣流通道的入口通入殼體后，經質量流量傳感器測得其質量流量，并反饋給后端處理電路與給定值進行比較，隨后利用該反饋動態調節壓電膜片的驅動電壓，控制壓電膜片的彎曲程度，即控制氣流通道的大小，從而實現對氣體質量流量的精確控制。