[发明专利]温差式流量传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于流体检测技术领域，尤其涉及温差式流量传感器及其制作方法。

背景技术

流量传感器是一种可检测流体的流速并将其转化为电压信号的器件。流量传感器目前有多种，可分为机械流量传感器、热流量传感器和电磁流量传感器等，温差式流量传感器是热式流量传感器的一种。由于温差式流量传感器具有无机械传动，无需压力补偿，尺寸小的优点，因而备受关注，具有强大的市场潜力，被业界认为是流量传感器市场的主要方向。

如图1所示，现有的温差式流量传感器包括一基体30＇和置于所述基体30＇上的横膈膜20＇，检测流体流量时，流体仅从该横隔膜20＇的上方流过，横隔膜上的金属薄膜层10＇，仅单面接触流体，易受外界环境影响，测试精度低。

目前，业界有同行通过改变横隔膜的材料或厚度，降低热导率，来提高金属薄膜层上的加热元件和测温元件的隔热效果，进而提高温差式流量传感器的测试精度，但其机械性能较差，使用寿命较短；

也有在基体上采用网格结构来提高加热元件与测试元件之间的隔热效果，或是不采用横膈膜，而直接将加热元件和测试元件悬挂在流道中间，但是，基体的网格腐蚀工艺不容易控制，直接将加热元件和测试元件悬挂在流道中间的结构，种制作比较困难，且可靠性不高。

鉴于此，急需一种可提高流体测试精度且可靠性高的温差式流量传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供温差式流量传感器及其制作方法，旨在解决现有技术中热式流量传感器测试精度低，使用寿命短的问题。

本发明是这样实现的，新型温差式流量传感器，包括一基体和覆盖于基体上可检测流体流量的横膈膜，所述基体的下方键合有一衬底，所述衬底与所述基体之间形成一个可引导流体流经所述横膈膜下方的微流道。

进一步地，所述基体的底面凹设有一凹槽，所述衬底上表面与该凹槽配设有一凸台，所述凹槽与所述凸台之间形成一道可先引导测温流体向上流经所述横膈膜的下方再向下流出的轨迹呈梯形状的微流道。

进一步地，所述微流道的横截面积设置成沿流向方向上分阶段缩小的结构。

进一步地，所述微流道拐角处设置为125.26°；在所述微流道的横截面上，侧壁与底壁呈125.26°夹角。

进一步地，所述横膈膜包括于基体上表面的支撑层、溅射于所述支撑层上的金属薄膜以及覆盖于所述金属薄膜的钝化层。

进一步地，所述支撑层由SiO₂和Si₃N₄材料制成，所述钝化层由Si₃N₄材料制成。

进一步地，所述金属薄膜层由Ti和Pt金属制作而成，包括由其中间向两边纵向间隔对称分布的加热电阻和测温电阻。

进一步地，所述测温电阻的宽度为5~10μm，在流体流动方向上，所述测温电阻与所述基体底面上的凹槽底面的边缘的距离大于150μm。

进一步地，所述基体和衬底均由硅制作成片状，通过Au-Si键键合为一体。

与现有技术相比，本发明提供的温差式流量传感器，通过其基体与衬底之间形成的微流道，通过微沟道的导向作用，使横膈膜上下表面均有流体流过，增加了横膈膜表面的强迫对流换热面积，使得横隔膜的上下两面受到的流体冲击基本一致，这样，一方面提高了温差式流量传感器的检测精度，另一方面使横隔膜的上下两面受力均匀，不易损坏，提高了可靠性，延长了使用寿命。

本发明还提供了制作上述任一项温差式流量传感器的制作方法，包括以下步骤：

1）选取硅片作为基体，于基体上表面沉积一层SiO₂作为支撑层；

2）在SiO₂支撑层的上表面，通过低压化学气相沉积法沉积一层Si₃N₄作为基底层；

3）在基底层Si₃N₄上，通过光刻和溅射，覆盖Ti和Pt金属以形成包括由中间向两边纵向分布的加热电阻，测温电阻和热敏电阻的金属薄膜层，其中所述测温电阻的宽度在5~10μm，与所述基底层Si₃N₄的边缘距离大于150μm；

4）在金属薄膜层上，通过等离子体化学气相沉积法，沉积至少一层可将其覆盖的Si₃N₄作为钝化层；