• / 13
  • 下載費用:30 金幣  

一種熱式氣體流量傳感器及其制作方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510458816.3

申請日:

2015.07.30

公開號:

CN104990607A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||專利申請權的轉移IPC(主分類):G01F 1/684登記生效日:20160407變更事項:申請人變更前權利人:深圳嘉樹科技有限公司變更后權利人:深圳市美思先端電子有限公司變更事項:地址變更前權利人:518055 廣東省深圳市前海深港合作區前灣一路1號A棟201室(入駐深圳市前海商務秘書有限公司)變更后權利人:518000 廣東省深圳市前海深港合作區前灣一路1號A棟201室(入駐深圳市前海商務秘書有限公司)|||實質審查的生效IPC(主分類):G01F 1/684申請日:20150730|||公開
IPC分類號: G01F1/684; B81C1/00 主分類號: G01F1/684
申請人: 深圳嘉樹科技有限公司
發明人: 張紹達; 陳宇龍; 黃奇偉
地址: 518055廣東省深圳市前海深港合作區前灣一路1號A棟201室(入駐深圳市前海商務秘書有限公司)
優先權:
專利代理機構: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)44316 代理人: 宋鷹武; 沈祖鋒
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510458816.3

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.09.28|||2016.04.27|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||專利申請權、專利權的轉移|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及氣體傳感器技術領域,特別涉及一種熱式氣體流量傳感器及其制作方法,通過在鋁襯底上進行陽極氧化處理,形成多孔陽極氧化鋁結構,代替現有的基于MEMS技術的熱式氣體質量流量傳感器所采用的腔室工藝的硅襯底,微觀多孔結構的陽極氧化鋁具有較低的導熱系數和較高的機械性能,可以在實現隔熱性的同時具備抗振動的性能,在惡劣工況下工作仍然能夠穩定的對氣體流量進行測量,陽極氧化鋁的微觀多孔結構對氣流的強度、方向和溫度都有極強的適應性,因而本發明提供了一種高響應性、高精度且高穩定性的熱式氣體傳感器。另外,通過在陽極氧化鋁層上通過沉積刻蝕的方式形成所需的加熱和采集電極能夠實現驅動電路的簡化,能夠提高可靠性。

權利要求書

權利要求書
1.  一種熱式氣體流量傳感器,其特征在于,包括鋁襯底、設置在鋁襯底上的多孔陽極氧化鋁層、沉積在陽極氧化鋁層之上的第一絕緣層、設置在第一絕緣層上的多晶硅層、沉積在多晶硅層之上的第二絕緣層、設置在第二絕緣層上的金屬層以及覆蓋在金屬層之上的保護層;
其中,所述多晶硅層、第二絕緣層和金屬層共同順次構成沿氣流通過方向的環境溫度測量電極、上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極;所述第二絕緣層上設有第一通孔和第二通孔,其中上游溫度測量電極和下游溫度測量電極為熱電堆,該熱電堆由多個熱電偶串接形成,所述熱電偶為經過刻蝕的多晶硅層通過第一通孔與金屬層連接而成;所述金屬層經過刻蝕形成引腳,所述環境溫度測量電極、上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極分別通過第二通孔與對應的引腳連接。

2.  如權利要求1所述的熱式氣體流量傳感器,其特征在于,所述保護層設置在熱式氣體流量傳感器中間,覆蓋所述環境溫度測量電極、上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極對應的金屬層上并露出各電極對應的引腳。

3.  如權利要求2所述的熱式氣體流量傳感器,其特征在于,在所述第一絕緣層上設置的是金屬層,在所述第二絕緣層上設置的是多晶硅層。

4.  如權利要求1所述的熱式氣體流量傳感器,其特征在于,所述多孔陽極氧化鋁層的孔徑為0.03-0.4um,孔間距0.065-0.45um,孔深為0.025-0.1um。

5.  如權利要求1所述的熱式氣體流量傳感器,其特征在于,所述第一絕緣層和第二絕緣層均為氧化硅層。

6.  一種熱式氣體流量傳感器的制造方法,其特征在于,包括如下步驟:
a、對鋁襯底進行拋光處理并洗凈;
b、將鋁襯底進行陽極氧化處理,在表面形成多孔陽極氧化鋁層;
c、在多孔陽極氧化鋁層上通過低壓化學氣相沉積法沉積第一絕緣層;
d、在第一絕緣層上通過低壓化學氣相沉積法沉積多晶硅層,同時離子注 入磷,經過正膠甩膠、前烘光刻顯影、后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對多晶硅離子層刻蝕出圖形后去膠成型形成加熱電極和環境溫度測量電極;
e、在多晶硅層上通過低壓化學氣相沉積法沉積氧化硅,經過正膠甩膠、前烘光刻顯影、后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對多晶硅離子層刻蝕出圖形后去膠成型形成第二絕緣層,其中第二絕緣層設置了第一通孔和第二通孔;
f、在第二絕緣層上采用蒸發鍍膜的方法沉積金屬層,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對金屬層刻蝕出圖形后去膠成型,一部分金屬層通過第一通孔與經過刻蝕的多晶硅層連接形成熱電偶,并由多個熱電偶串接形成熱電堆,其中,一個熱電堆設置在加熱電極和環境溫度測量電極之間形成上游溫度測量電極,另一個熱電堆設置在加熱電極的外側形成下游溫度測量電極;另一部分金屬層形成步驟d所述電極的引腳,所述引腳通過第二通孔與步驟d所述各電極連接;
g、在金屬層上通過低壓化學氣相沉積法沉積保護層,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對金屬層刻蝕出圖形后去膠成型形成保護層。

7.  如權利要求6所述的熱式氣體流量傳感器的制造方法,其特征在于,所述步驟d中離子注入的磷占多晶硅層總體比例的1%-3%。

8.  如權利要求7所述的熱式氣體流量傳感器的制造方法,其特征在于,所述步驟b中形成的多孔陽極氧化鋁層的孔徑為0.03-0.4um,孔間距0.065-0.45um,孔深為0.025-0.1um。

9.  如權利要求7所述的熱式氣體流量傳感器的制造方法,其特征在于,所述步驟c中第一絕緣層沉積厚度為0.8-1.2um,所述步驟e中第二絕緣層沉積厚度為0.2-0.3um。

10.  如權利要求7所述的熱式氣體流量傳感器的制造方法,其特征在于,所述步驟d中多晶硅層的沉積厚度為0.4-0.5um,所述步驟f中金屬層的沉積厚度為0.6-1um。

說明書

說明書一種熱式氣體流量傳感器及其制作方法
技術領域
本發明涉及氣體傳感器技術領域,特別涉及一種熱式氣體流量傳感器及其制作方法。
背景技術
熱流量傳感器指的是任何測量傳感器本體與傳感器位于其中的流體介質之間的熱交換的傳感器。這些熱流量傳感器例如是氣體傳感器或壓力傳感器。熱式氣體傳感器用于使用氣體的熱傳導的變化進行氣體分析,利用暴露在氣體中的發熱體的散熱量測量氣體的熱傳導的變化。
熱式氣體傳感器在各種技術領域中得到使用,在汽車用的內燃機等中,為了實現低油耗,需要高精度地測量吸入空氣的流量、溫度、壓力和濕度等環境狀態。另外,上述傳感器還用于在以氫氣作為燃料的汽車用的內燃機中通過檢測氫氣濃度使內燃機以最佳方式運行。
現有的基于MEMS技術的熱式氣體質量流量傳感器的采用腔室工藝的襯底,其工藝復雜,成本較高,且抗振動和隔熱性不能兼容。
實用新型內容
基于上述情況,有必要提供了一種熱式氣體流量傳感器及其制作方法。
一種熱式氣體流量傳感器,包括鋁襯底、設置在鋁襯底上的多孔陽極氧化鋁層、沉積在陽極氧化鋁層之上的第一絕緣層、設置在第一絕緣層上的多晶硅層、沉積在多晶硅層之上的第二絕緣層、設置在第二絕緣層上的金屬層以及覆蓋在金屬層之上的保護層;
其中,所述多晶硅層、第二絕緣層和金屬層共同順次構成共同順次構成環境溫度測量電極、上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極;所述第二絕緣層上設有第一通孔和第二通孔,其中上游溫度測量電極和下游溫度測量 電極為熱電堆,該熱電堆由多個熱電偶串接形成,所述熱電偶為經過刻蝕的多晶硅層通過第一通孔與金屬層連接而成;所述金屬層經過刻蝕形成引腳,所述環境溫度測量電極、上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極分別通過第二通孔與對應的引腳連接。
具體的,所述保護層設置在熱式氣體流量傳感器中間,覆蓋所述環境溫度測量電極、上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極對應的金屬層上并露出各電極對應的引腳。
具體的,在所述第一絕緣層上設置的是金屬層,在所述第二絕緣層上設置的是多晶硅層。
進一步的,所述多孔陽極氧化鋁層的孔徑為0.03-0.4um,孔間距0.065-0.45um,孔深為0.025-0.1um。
進一步的,所述第一絕緣層和第二絕緣層均為氧化硅層。
一種熱式氣體流量傳感器的制造方法,包括如下步驟:
a、對鋁襯底進行拋光處理并洗凈;
b、將鋁襯底進行陽極氧化處理,在表面形成多孔陽極氧化鋁層;
c、在多孔陽極氧化鋁層上通過低壓化學氣相沉積法沉積第一絕緣層;
d、在第一絕緣層上通過低壓化學氣相沉積法沉積多晶硅層,同時離子注入磷,經過正膠甩膠、前烘光刻顯影、后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對多晶硅離子層刻蝕出圖形后去膠成型形成加熱電極和環境溫度測量電極;
e、在多晶硅層上通過低壓化學氣相沉積法沉積氧化硅,經過正膠甩膠、前烘光刻顯影、后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對多晶硅離子層刻蝕出圖形后去膠成型形成第二絕緣層,其中第二絕緣層設置了第一通孔和第二通孔;
f、在第二絕緣層上采用蒸發鍍膜的方法沉積金屬層,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對金屬層刻蝕出圖形后去膠成型,一部分金屬層通過第一通孔與經過刻蝕的多晶硅層連接形成熱電偶,并由多個熱電偶串接形成熱電堆,其中,一個熱電堆設置在加熱電極和環境溫度 測量電極之間形成上游溫度測量電極,另一個熱電堆設置在加熱電極的外側形成下游溫度測量電極;另一部分金屬層形成步驟d所述電極的引腳,所述引腳通過第二通孔與步驟d所述各電極連接;
g、在金屬層上通過低壓化學氣相沉積法沉積保護層,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對金屬層刻蝕出圖形后去膠成型形成保護層。
作為一種改進,所述步驟d中離子注入的磷占多晶硅層總體比例的1%-3%。
進一步的,所述步驟b中形成的多孔陽極氧化鋁層的孔徑為0.03-0.4um,孔間距0.065-0.45um,孔深為0.025-0.1um。
具體的,所述步驟c中第一絕緣層沉積厚度為0.8-1.2um,所述步驟e中第二絕緣層沉積厚度為0.2-0.3um。
具體的,所述步驟d中多晶硅層的沉積厚度為0.4-0.5um,所述步驟f中金屬層的沉積厚度為0.6-1um。
本發明一種熱式氣體流量傳感器根據本發明,通過在鋁襯底上進行陽極氧化處理,形成多孔陽極氧化鋁結構,取代現有的基于MEMS技術的熱式氣體質量流量傳感器所采用的腔室工藝的硅襯底,微觀多孔結構的陽極氧化鋁具有較低的導熱系數和較高的機械性能,可以在實現隔熱性的同時具備抗振動的性能,在惡劣工況下工作仍然能夠穩定的對氣體流量進行測量,陽極氧化鋁的微觀多孔結構對氣流的強度、方向和溫度都有極強的適應性,因而本發明提供了一種高響應性、高精度且高穩定性的熱式氣體傳感器。另外,通過在陽極氧化鋁層上通過沉積刻蝕的方式形成所需的加熱和采集電極能夠實現驅動電路的簡化,能夠提高可靠性。
附圖說明
圖1為本發明一種熱式氣體流量傳感器的鋁襯底示意圖;
圖2為本發明一種熱式氣體流量傳感器的多孔陽極氧化鋁層示意圖;
圖3為本發明一種熱式氣體流量傳感器的第一絕緣層示意圖;
圖4為本發明一種熱式氣體流量傳感器的多晶硅層俯視示意圖;
圖5為本發明一種熱式氣體流量傳感器的多晶硅層剖視示意圖;
圖6為本發明一種熱式氣體流量傳感器的第二絕緣層俯視示意圖;
圖7為本發明一種熱式氣體流量傳感器的第二絕緣層剖視示意圖;
圖8為本發明一種熱式氣體流量傳感器的金屬層俯視示意圖;
圖9為本發明一種熱式氣體流量傳感器的金屬層剖視示意圖;
圖10為本發明一種熱式氣體流量傳感器的保護層俯視示意圖;
圖11為本發明一種熱式氣體流量傳感器的保護層剖視示意圖;
圖12為本發明一種熱式氣體流量傳感器的使用狀態示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清晰,以下結合附圖及實施例,對本發明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明,并不用于限定本發明。
如圖10-11所示,本發明一種熱式氣體流量傳感器,包括鋁襯底10,在本實施案例中金屬鋁襯底10可選取4至12英寸的金屬鋁襯底,以6英寸圓形為最優,雙面拋光或僅單面拋光,厚度為300-1000um,以500um為最優。
還包括設置在鋁襯底上的多孔陽極氧化鋁層11a和11b;將金屬鋁襯底清洗干凈后進行陽極氧化處理。處理成孔徑為0.03-0.4um,孔間距0.065-0.45um,孔深為0.025-0.1um的微觀多孔結構。
進一步還包括沉積在陽極氧化鋁層之上的第一絕緣層12a和12b,本實施例中采用LPCVD(Low pressure chemical vapor deposition,低壓化學氣相沉積法)于微觀多孔結構的金屬鋁襯底上下各沉積一層0.8-1.2um的氧化硅層作為第一絕緣層。在進行多孔陽極氧化鋁層氧化處理和沉積第一絕緣層時,金屬鋁襯底的兩側都會進行同樣的處理,因此處理結果也是一樣,然而本實施例只需要利用一側,所以可以將不用的一側去除,即12a和12b以及11a和11b只需要保留其中一個,在本實施例中采用的是11a、12a;當然也可以保留并不會影響本 實施例的實施。
還包括,設置在第一絕緣層上的多晶硅層,沉積在多晶硅層之上的第二絕緣層15,設置在第二絕緣層上的金屬層。其中,所述多晶硅層、第二絕緣層和金屬層共同順次構成環境溫度測量電極16a和13a、上游溫度測量電極17a和14a、加熱電極16b和13b和下游溫度測量電極17b和14b;所述第二絕緣層上設有第一通孔和第二通孔,其中上游溫度測量電極17a和14a和下游溫度測量電極17b和14b為熱電堆,該熱電堆由多個熱電偶串接形成,所述熱電偶為經過刻蝕的多晶硅層通過第一通孔與金屬層連接而成;所述金屬層經過刻蝕形成引腳,所述環境溫度測量電極16a和13a、上游溫度測量電極17a和14a、加熱電極16b和13b和下游溫度測量電極17b和14b分別通過第二通孔與對應的引腳連接。
在本實施例此步驟中,采用LPCVD法在氧化硅層12a上沉積0.4-0.5um的多晶硅層,同時離子注入濃度比例為1%~3%的磷來增強導電性能,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對多晶硅離子層刻蝕出圖形后去膠成型與第二絕緣層和金屬層共同形成所述的各電極,所述電極包括沿氣流通過方向的環境溫度測量電極16a和13a、上游溫度測量電極17a和14a、加熱電極16b和13b和下游溫度測量電極17b和14b。
具體的在沉積第二絕緣層15時,采用的是通過LPCVD法沉積一層0.2-0.3um的氧化硅層,后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對氧化硅層刻蝕出圖形后去膠成型第二絕緣層15。
在本實施例中,在沉積金屬層時是采用蒸發鍍膜的方法沉積一層0.6-1um的金屬鋁層,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對金屬層刻蝕出圖形后去膠成型所述的金屬層。
以及還包括金屬層之上的保護層18,采用LPCVD的方法沉積一層化學計量穩定的Si3N4保護層。然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對氧化硅層刻蝕出圖形后去膠成型所述的保護層18。
具體的,所述保護層設置在熱式氣體流量傳感器中間,覆蓋所述環境溫度 測量電極、上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極對應的金屬層上并露出各電極對應的引腳。
本發明還提供一種熱式氣體流量傳感器的制造方法,如圖1-11所示,包括如下步驟:
a、如圖1所示對鋁襯底進行拋光處理并洗凈;金屬鋁襯底10可選取4至12英寸的金屬鋁襯底,以6寸圓形為最優,雙面拋光或僅單面拋光,厚度為300-1000um,以500um為最優。
b、如圖2所示將鋁襯底進行陽極氧化處理,在表面形成多孔陽極氧化鋁層,形成的多孔陽極氧化鋁層的孔徑為0.03-0.4um,孔間距0.065-0.45um,孔深為0.025-0.1um。
c、如圖3所示在多孔陽極氧化鋁層上通過低壓化學氣相沉積法沉積第一絕緣層,第一絕緣層沉積厚度為0.8-1.2um,優選1um。
d、如圖4-5所示,在第一絕緣層上通過低壓化學氣相沉積法沉積多晶硅層,同時離子注入濃度比例為1%~3%的磷來增強導電性能,經過正膠甩膠、前烘光刻顯影、后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對多晶硅離子層刻蝕出圖形后去膠成型形成沿氣流通過方向的環境溫度測量電極16a和13a、上游溫度測量電極17a和14a、加熱電極16b和13b和下游溫度測量電極17b和14b;多晶硅層的沉積厚度為0.4-0.5um,優選為0.45um。
e、在多晶硅層上通過低壓化學氣相沉積法沉積氧化硅,經過正膠甩膠、前烘光刻顯影、后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對多晶硅離子層刻蝕出圖形后去膠成型形成第二絕緣層,其中第二絕緣層設置了第一通孔和第二通孔;第二絕緣層沉積厚度為0.2-0.3um,優選0.25um。
f、在第二絕緣層上采用蒸發鍍膜的方法沉積金屬層,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對金屬層刻蝕出圖形后去膠成型,一部分金屬層通過第一通孔與經過刻蝕的多晶硅層連接形成熱電偶,并由多個熱電偶串接形成熱電堆,其中,一個熱電堆設置在加熱電極和環境溫度 測量電極之間形成上游溫度測量電極,另一個熱電堆設置在加熱電極的外側形成下游溫度測量電極;另一部分金屬層形成步驟d所述電極的引腳,所述引腳通過第二通孔與步驟d所述各電極連接;金屬層的沉積厚度為0.6-1um,本實施例中優選0.85um。
g、在金屬層上通過低壓化學氣相沉積法沉積Si3N4,如圖10-11所示,然后經過正膠甩膠,前烘光刻顯影后,后烘工藝后進行反應離子刻蝕,對金屬層刻蝕出圖形后去膠成型形成所述的保護層。
通過在鋁襯底上進行陽極氧化處理,形成多孔陽極氧化鋁結構,取代現有的基于MEMS技術的熱式氣體質量流量傳感器所采用的腔室工藝的硅襯底,微觀多孔結構的陽極氧化鋁具有較低的導熱系數和較高的機械性能,可以在實現隔熱性的同時具備抗振動的性能,在惡劣工況下工作仍然能夠穩定的對氣體流量進行測量,陽極氧化鋁的微觀多孔結構對氣流的強度、方向和溫度都有極強的適應性,因而本發明提供了一種高響應性、高精度且高穩定性的熱式氣體傳感器。另外,通過在陽極氧化鋁層上通過沉積刻蝕的方式形成所需的加熱和采集電極能夠實現驅動電路的簡化,能夠提高可靠性。
如圖12所示,氣流從左至右通過本發明的熱式氣體流量傳感器,在本發明的最左端設置了環境溫度測量電極,用于測量環境溫度;接下來順次設置了上游溫度測量電極、加熱電極和下游溫度測量電極,其中加熱電極發熱對周圍空氣進行加熱,其中上游溫度測量電極測量加熱電極上游的溫度,下游溫度測量電極測量加熱電極下游的溫度,將采集的上下游溫度進行對比分析,即可得到氣體的流動速度,進而計算出氣體流量。
以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員,在不脫離本發明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。

關 鍵 詞:
一種 氣體 流量傳感器 及其 制作方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:一種熱式氣體流量傳感器及其制作方法.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6381664.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图