一种MEMS全方位流体矢量流速传感器制造技术

本公开的MEMS全方位流体矢量流速传感器，包括：衬底、可动检测装置和固定检测装置，衬底用于承载所述可动检测装置和固定检测装置；可动检测装置结构包括Bimorph驱动臂和中央承载平台，Bimorph驱动臂用于连接衬底和支撑所述中央承载平台；所述中央承载平台上具有检测热敏电阻和热源，用于检测流体的流向和流速；固定检测装置位于所述衬底上，包括检测热敏电阻和热源，用于检测流体的流向和流速。可实现全方位流体流向的测定与流速的测量，具有体积小、功耗低、寿命长、性能优良、可批量生产和成本低等优点。本低等优点。本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS全方位流体矢量流速传感器


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种MEMS全方位流体矢量流速传感器。

技术介绍

[0002]传统的流体传感器体积较大，而且只能用于测量流体流速或只能用于判断流体流向，功能单一，测量范围有限，精度也比较低。相比而言，MEMS工艺制作的器件体积小、功耗低、寿命长、也有可批量生产和成本低的特点，具有优良的性能。
[0003]该流体传感器能够同时实现对气体和液体流速和流向的测量。流体检测装置位于一个由Bimorph驱动臂支撑的平台上，通过给Bimorph驱动臂激励信号，可以调整该平台的角度和姿态，该装置能够实现自动捕获流体的流向，并对流体流速进行精确测量的功能。
[0004]该装置用于检测气体流速和流向时的工作原理：对一个热源施加电压使其发热，其周围的气体会受热膨胀进行流动，流体的运动过程符合质量、动量和能量守恒。当外界有气流流经该热源时，其周围的流体会沿着流体流向发生定向运动，并使得热源周围放置的热敏电阻的阻值发生变化，通过相应的信号检测和处理电路，可以实现气体流向的测定与气体流速的测量。
[0005]该装置用于检测液体流速和流向时的工作原理：检测装置中不需要给热源通电。只需通过热敏电阻来测量流体的流速和流向，流体在流过热敏电阻时，流体与热敏电阻会产生热交换，流速越大，流体从热敏电阻上带走的热量越多，热敏电阻的阻值变化也就越大，通过相应的信号检测电路可以实现液体流速的测定与液体流速的测量。
[0006]Bimorph驱动臂的工作原理：Bimorph是由两种材料膜层结合在一起构成的悬臂梁结构。这两种材料层具有不同的热膨胀系数(CTE,Coefficient of ThermalExpansion)，其中一层具有较大的CTE,比如铝Al、铜Cu等材料；另外一层的 CTE则相对较低，如二氧化硅SiO2、钨W等材料。当Bimorph的温度升高，高CTE的材料层会有比低CTE材料层产生更大形变量的趋势。高CTE材料层沿轴向的应变量较大，其膨胀趋势受到来自低CTE材料层的约束，形变后的长度未达到其应有平衡长度，处于一种被压缩的状态，故表现出压应力；而低CTE 材料层应变量较小，且受到来自高CTE材料层的拉伸的力，其实际形变后的长度超过了其应有的平衡长度，故表现出张应力。随着温度不断升高，应变失配的程度变大，为了减少以应力的形式贮存的势能。整个Bimorph结构就逐渐向较低CTE材料层的方向发生弯曲。反之，当Bimorph结构温度降低时，高CTE 的材料层将要比低CTE材料层收缩的更多，在膜层约束力作用下，高CTE材料层实际长度并未收缩至平衡状态，处于被拉伸的效果，此时表现出张应力；而低CTE的材料层由于受到高CTE层较大形变的影响，被挤压至低于平衡状态的长度，表现出压应力。随着温度不断降低，Bimorph结构就逐渐朝着高CTE 材料层的方向发生弯曲。因此可以在两种不同CTE材料层之间制作加热层(材料可铂Pt、钛Ti等)用于提高Bimorph结构的温度，使其发生形变，进而带动其所连接的平台发生相应的运动。

技术实现思路

[0007]本专利技术克服了现有技术的不足之一，提供了一种MEMS全方位流体矢量流速传感器，可实现全方位流体流向的测定与流速的测量，具有体积小、功耗低、寿命长、性能优良、可批量生产和成本低等优点。
[0008]根据本公开的一方面，本专利技术提供一种MEMS全方位流体矢量流速传感器，所述传感器包括：衬底、可动检测装置和固定检测装置；
[0009]所述可动检测装置结构包括双层或多层薄膜材料Bimorph驱动臂和中央承载平台，Bimorph驱动臂用于连接衬底和支撑所述中央承载平台；
[0010]所述Bimorph驱动臂，可通对其施加不同的驱动信号调整所述中央承载平台的方位和姿态。
[0011]所述中央承载平台上具有检测热敏电阻和热源，用于检测流体的流向和流速。
[0012]所述固定检测装置位于所述衬底上，包括检测热敏电阻和热源，用于检测流体的流向和流速。
[0013]所述中央承载平台可以为圆形、方形或多边形。
[0014]所述衬底为硅，用于支撑和承载可动检测装置和固定检测装置。
[0015]所述Bimorph为双层或多层薄膜材料，包括铜Cu和钨W组合，铝Al和钨W组合，铝Al、钛Ti和二氧化硅SiO2组合，铝Al、铂Pt和二氧化硅SiO2组合，铝Al、钨W和二氧化硅SiO2组合。
[0016]所述热敏电阻由金属铂Pt、钛Ti或多晶硅Poly
‑
Si材料构成。
[0017]所述热源由金属铂Pt、钛Ti或多晶硅Poly
‑
Si材料构成。
[0018]所述热敏电阻对称分布于热源两侧和四周。
[0019]本公开的MEMS全方位流体矢量流速传感器，包括：衬底、可动检测装置和固定检测装置，衬底用于承载所述可动检测装置和固定检测装置；可动检测装置结构包括Bimorph驱动臂和中央承载平台，Bimorph驱动臂用于连接衬底和支撑所述中央承载平台，可通对其施加不同的驱动信号调整所述中央承载平台的方位和姿态。可实现全方位流体流向的测定与流速的测量，具有体积小、功耗低、寿命长、性能优良、可批量生产和成本低等优点。
附图说明
[0020]附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
[0021]图1示出了根据本公开一实施例的MEMS全方位流体矢量流速传感器的 Bimorph结构的原理示意图。
[0022]图2示出了根据本公开一实施例的MEMS全方位流体矢量流速传感器的Bimorph结构连接衬底和驱动臂的结构示意图。
[0023]图3示出了根据本公开一实施例的MEMS全方位流体矢量流速传感器的结构示意图；
[0024]图4示出了根据本公开一实施例的MEMS全方位流体矢量流速传感器的中央承载平台倾斜时的结构示意图；
[0025]图5示出了根据本公开一实施例的MEMS全方位流体矢量流速传感器的有热源的固
定检测结构和有热源的可动检测结构示意图；
[0026]图1～5中，各标号的意义如下：1 Bimorph结构；2驱动臂；3中央承载平台；4衬底；5热敏电阻；6固件检测装置热源；7可动检测装置热源。
具体实施方式
[0027]以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。
[0028]图1和图2分别示出了根据本公开一实施例的MEMS全方位流体矢量流速传感器的Bimorph结构的原理图和Bimorph结构
[0029]连接衬底和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS全方位流体矢量流速传感器，其特征在于，所述传感器包括：衬底、可动检测装置和固定检测装置；所述可动检测装置结构包括双层或多层薄膜材料Bimorph驱动臂和中央承载平台，Bimorph驱动臂用于连接衬底和支撑所述中央承载平台；所述Bimorph驱动臂，可通对其施加不同的驱动信号调整所述中央承载平台的方位和姿态。2.根据权利要求1所述的MEMS全方位流体矢量流速传感器，其特征在于，所述中央承载平台上具有检测热敏电阻和热源，用于检测流体的流向和流速。3.根据权利要求1所述的MEMS全方位流体矢量流速传感器，其特征在于，所述固定检测装置位于所述衬底上，包括检测热敏电阻和热源，用于检测流体的流向和流速。4.根据权利要求1所述的MEMS全方位流体矢量流速传感器，其特征在于，所述中央承载平台可以为圆形、方形或多边形。5.根据权利要求1所述的MEMS全方位流体矢量流速传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：任安润，丁英涛，谢会开，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：