本发明专利技术涉及一种带有整流结构的镂空热膜式流量传感器及其制作方法。带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，它包括硅衬底、位于该硅衬底正面并具有加热电阻及多个测温元件的薄膜结构，硅衬底具有绝热空腔，薄膜结构的位于该绝热空腔上方的部分被定义为热膜，薄膜结构具有分别位于热膜上游侧和下游侧且用于将流经的流体整流为平流状态并增加薄膜结构与流体接触面积的两个整流结构。带有整流结构的设计，一方面可将流经热膜的待测流体整流为平流状态，从而提高其探测精度，另一方面增大了待测流体与热膜的接触面积，因此提高了换热效率，从而使得探测灵敏度得到提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于MEMS技术的带有整流结构的镂空热膜式流量传感器及其制作方法，属于微细加工领域。
技术介绍
流量测量在能源、生物、汽车、航空航天、科研、工业过程控制等领域都有着极为广泛的应用，如能源领域的水、天然气、蒸汽和油品等常用的能源监测，生物技术中血液，尿液等监测；汽车发动机的进气量监测等领域，都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理、高效利用、经济核算不可缺少的工具。也是高效利用能源，实现节能降耗，减小环境污染，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。不同应用的流量计，其工作原理也不同，主要工作原理有力学原理、热学原理、声学原理、光学原理等。热式流量计是在早期热线风速计的基础上发展起来的一种新型流量计，基于热学原理，即Thomas提出的“气体的放热量与吸热量与该气体的质量流量成正比”的理论进行工作的，因其具有测量精度高，响应快等优点，目前已广泛应用于航空、航天、能源、医学、汽车工业以及天然气管道运输等行业。热式流量计可分为热线式流量计和热膜式流量计，其主要工作方式有恒温差式和恒流式，通过不同的信号控制与处理电路实现。热线式流量计通常由感知空气流量的热敏丝（热线）和对进气温度进行修正的温度补偿热敏丝（冷线）构成，利用热线与空气之间的热传递进行质量流量测量。热线式流量计较传统流量计，可直接测得进气空气的质量流量，无需压力补偿等部件，具有进气阻力小、响应特性好、测量精度高等特点。但通常热敏丝暴露在空气中，这样使得长时间使用后热敏丝被空气中颗粒污染，造成测量精度下降，另一方面在高速流动时，空气中的沙粒容易击断热丝，造成传感器失效；此外，热线一致性较差，使得批量生产较困难。热膜式流量传感器采用MEMS技术制作，产品一致性好，易于批量生产，成本低，不易污染。其工作原理为，被测流体流经热膜，与热膜发生热交换，从而造成热膜上局部的温度发生改变，通过制作在热膜上的热敏电阻探测该温度变化量，从而测试出了待测流体的质量流量。待测流体与热膜的热交换效率越高，探测灵敏度越高。相同质量流量的流体，参与换热的表面积越大，其换热越多。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种带有整流结构的镂空热膜式流量传感器及其制作方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，它包括硅衬底、位于该硅衬底正面并具有加热电阻及多个测温元件的薄膜结构，硅衬底具有绝热空腔，薄膜结构的位于该绝热空腔上方的部分被定义为热膜，薄膜结构具有分别位于热膜上游侧和下游侧且用于将流经的流体整流为平流状态并增加薄膜结构与流体接触面积的两个整流结构。进一步地，整流部包括多个凸台和多个凹槽，凸台和凹槽彼此间隔设置，凸台和凹槽的长度方向均沿着流体流向设置。进一步地，薄膜结构包括第一层介质薄膜、包括加热电阻及多个测温元件的热敏层、第二层介质薄膜、用于将上述加热电阻及多个测温元件与外部信号控制与处理电路相连接的信号引线、钝化层。更进一步地，整流结构包括多个凸台和多个凹槽，凸台和凹槽彼此间隔设置，每个凸台由热敏长条凸起、第二层介质薄膜的位于热敏长条凸起上方的部分、钝化层的位于热敏长条凸起上方的部分构成，每个凹槽由第二层介质薄膜的位于相邻两个热敏长条凸起之间的部分、钝化层的位于相邻两个热敏长条凸起之间的部分构成，热敏长条凸起的长度方向沿着流体流向设置。更进一步地，热敏层还包括热敏长条凸起。进一步地，多个测温元件包括设置在薄膜结构的边缘并用于检测流入到热膜上流体的初始温度的至少一个第一测温元件、分布在加热电阻的两侧并用于分别检测流体流经加热电阻之前和之后的温度的至少两个第二测温元件。更进一步地，加热电阻和第二测温元件位于绝热空腔的上方。更进一步地，多个测温元件还包括设置在加热电阻和第二测温元件之间的用于实时检测热膜温度的至少一个第三测温元件。进一步地，加热电阻及多个测温元件的长度方向均垂直于流体流向设置。本专利技术还提供了另一种技术方案：一种上述的带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法，包括以下步骤：a.在硅衬底的正面和背面分别生长第一层介质薄膜；b. 在位于正面的第一层介质薄膜上生长热敏层薄膜，并图形化形成加热电阻、多个测温元件以及多个热敏长条凸起，热敏长条凸起的长度方向沿着流体流向设置；c. 生长第二层介质薄膜，并图形化，在对应加热电阻和测温元件处分别形成多个引线孔；d. 生长引线层薄膜，并图形化，形成多个信号引线，每个信号引线一端通过引线孔连接加热电阻或一个测温元件；e. 生长钝化层，并图形化，在对应每个信号引线的另一端处形成开孔使信号引线从该开孔露出；f. 对硅衬底背面进行腐蚀至热膜露出，而形成绝热空腔。由于采用了上述技术方案，本专利技术带有整流结构的镂空热膜式流量传感器及其制作方法，具有如下优点：1.带有整流结构的设计，一方面可将流经热膜的待测流体整流为平流状态，从而提高其探测精度，另一方面增大了待测流体与热膜的接触面积，因此提高了换热效率，从而使得探测灵敏度得到提高；2. 质量流量传感器使用微细加工技术进行加工，因此其整体体积小，易于批量化生产，成本低。附图说明附图1为本实施例中镂空热膜式流量传感器的立体结构示意图；附图2为附图1中的AA’剖面结构示意图；附图3为附图1中的BB’剖面结构示意图；附图4为附图1中的CC’剖面结构示意图；附图5为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤a的结构示意图；附图6为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤b的结构示意图；附图7为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤b中整流部的结构示意图；附图8为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤c的结构示意图；附图9为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤c中整流部的结构示意图；附图10为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤d的结构示意图；附图11为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤e的结构示意图；附图12为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤e中整流部的结构示意图；附图13为本实施例中带有整流结构的镂空热膜式流量传感器的制作方法的步骤f的结构示意图。图中标号为：1、硅衬底；11、绝热空腔；2、整流结构；21、凸台；22、凹槽；3、第一层介质薄膜；40、加热电阻；41、第一测温元件；42、第二测温元件；43、第三测温元件；44、热敏长条凸起；5、第二层介质薄膜；51、引线孔；6、信号引线；7、钝化层；71、开孔。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。参见附图1至附图4，本实施例中的带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，它包括硅衬底1、位于该硅衬底1正面并具有加热电阻40及多个测温元件的薄膜结构，硅衬底1具有绝热空腔11，薄膜结构的位于该绝热空腔11上方的部分被定义为热膜，薄膜结构具有分别位于热膜上游侧和下游侧的两个整流结构2，该整流结构2用于将流经的流体整流为平流状态，并用于增加薄膜结构与流体接触面积，从而提高了热膜与流体的换热效率。上述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，它包括硅衬底（1）、位于该硅衬底（1）正面并具有加热电阻（40）及多个测温元件的薄膜结构，所述的硅衬底（1）具有绝热空腔（11），所述薄膜结构的位于该绝热空腔（11）上方的部分被定义为热膜，其特征在于：所述的薄膜结构具有分别位于所述热膜上游侧和下游侧且用于将流经的流体整流为平流状态并增加薄膜结构与流体接触面积的两个整流结构（2）。
【技术特征摘要】
1.一种带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，它包括硅衬底（1）、位于该硅衬底（1）正面并具有加热电阻（40）及多个测温元件的薄膜结构，所述的硅衬底（1）具有绝热空腔（11），所述薄膜结构的位于该绝热空腔（11）上方的部分被定义为热膜，其特征在于：所述的薄膜结构具有分别位于所述热膜上游侧和下游侧且用于将流经的流体整流为平流状态并增加薄膜结构与流体接触面积的两个整流结构（2）。2.根据权利要求1所述的带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，其特征在于：所述的整流结构包括多个凸台（21）和多个凹槽（22），所述的凸台（21）和凹槽（22）彼此间隔设置，凸台（21）和凹槽（22）的长度方向均沿着流体流向设置。3.根据权利要求1所述的带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，其特征在于：所述的薄膜结构包括第一层介质薄膜（3）、包括所述加热电阻（40）及多个测温元件的热敏层、第二层介质薄膜（5）、用于将上述加热电阻（40）及多个测温元件与外部信号控制与处理电路相连接的信号引线（6）、钝化层（7）。4.根据权利要求3所述的带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，其特征在于：所述的整流结构（2）包括多个凸台（21）和多个凹槽（22），所述的凸台（21）和凹槽（22）彼此间隔设置，每个所述凸台（21）由热敏长条凸起（44）、所述第二层介质薄膜（5）的位于所述热敏长条凸起（44）上方的部分、所述钝化层（7）的位于所述热敏长条凸起（44）上方的部分构成，每个所述凹槽（22）由所述第二层介质薄膜（5）的位于相邻两个所述热敏长条凸起（44）之间的部分、所述钝化层（7）的位于相邻两个所述热敏长条凸起（44）之间的部分构成，所述的热敏长条凸起（44）的长度方向沿着流体流向设置。5.根据权利要求4所述的带有整流结构的镂空热膜式流量传感器，其特征在于：所述的热敏层还包括所述的热敏长条凸起（44）...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦斌斌，刘瑞文，孔延梅，
申请(专利权)人：苏州容启传感器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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