CN103635783A

CN103635783A - 微流量计和用于制造微流量计的方法

Info

Publication number: CN103635783A
Application number: CN201280032800.0A
Authority: CN
Inventors: Y·弗伊莱特; 艾伦·布格雷特; 奥利维尔·富赫斯
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: EP2702368A1; EP2702368B1; US9163965B2; WO2012146756A1; FR2974628B1; CN103635783B; FR2974628A1; US20140060206A1

Abstract

本发明涉及一种流量计，该流量计包括通过通道（12）互连的第一腔（11）和第二腔（13），所述第一腔设置有第一可变形的膜片（11＇）以及第一应变计（R1）和第二应变计（R2），所述第二腔（13）设置有第二可变形的膜片（13＇）以及第三应变计（R3）和第四应变计（R4），所述四个应变计形成单臂电桥。

Description

微流量计和用于制造微流量计的方法

技术领域

本发明涉及用于测量流体的流速的技术。本发明尤其涉及一种装置或微型装置以及所述装置或微型装置的制造方法，所述装置通过允许对两个腔之间的压力差进行测量的单臂电桥来实施流速的测量。

背景技术

现存许多用于测量流速的方法（热线、科里奥利效应等）。

一种有效、精确和简单的方法包括使用两个被连续定位在流体通道中并由流体扼流部分隔开的压力传感器。在流体扼流部中由粘性耗散引发的压力差（称为压降）通过两个压力传感器来测量。流速和压力差之间存在已知的比例关系。因此，对压力差的测量允许确定流速。

形成有两个不同的压力传感器的示例性流量计在图1中示出并且在文件US6446513B1、US20050204828中和在Sensor Actuate.a–Phys77,167（1999）中刊出的R.E.Oosterbroek等人的论文中描述。流体在通过被定位在装置的下部部分中的入口孔51进入之后流经中心通道56。所述流体通过出口孔54流出，所述出口孔54同样被定位在所述装置的下部部分中。压阻式传感器58、60一方面允许测量所述通道56上游的入口部分中的压力变化并且另一方面允许测量所述通道56的下游的出口部分的压力变化。所述装置通过两个基层62、64形成，入口通道52和出口通道54在下部基层62中形成，所述中心通道因此在所述上部基层64的下部部分中形成，其中，两个贯通通道允许分别在所述装置的入口侧和出口侧通向压阻式传感器。

另一配置包括使用单个压差传感器，形成压力传感器的膜片的每个表面面向由压降分离的腔。所述配置的示例在Cho等人于1993年在Sensors andActuators A:Physical36:47–56中刊出的题为《具有内置自测的高性能的微流量计》的论文中描述。然而，由于电绝缘的原因，优选地，将测量装置（传感器和电装置）与流体部分适当的分离。由于所述测量装置在所述压力传感器的膜片的表面的其中一个表面上，不可使用具有不同传感器的配置，因此必然涉及所述流体与所述表面两者的接触。由于结构上的原因，同样优选的是将电平与流体液位分开。

此外，具有单臂电桥的电路是已知的，如图2所示，每个所述电桥包括4个电阻R1-R4和R＇1-R＇4，图2还示出了在这种系统中所涉及到的电连接。

所述电路需要至少8个连接垫76。

进一步，单臂电桥的测量链包括由数个部件（尤其是电子放大器和模拟/数字转换器）形成的电子设备。在两个电桥的情况下，如同图2，两个测量值必须被放大并且必须确定所述两个测量值的差。所述差可在模拟转换之后被计算，但是为了最小化信息的降级，优选地，在所述模拟转换之前确定所述差。因此，所述测量链包括至少3个差分放大器80、80＇、81。现在每个所述放大器必须通电。因此，这种电路体积大并且耗电很多。

因此提出了发现一种新的流速测量装置的问题，从而允许减少针对现有技术的装置的上述缺点。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种流量计或微流量计，所述流量计或微流量计为MEMS型的，所述流量计或微流量计包括通过通道连接的第一腔和第二腔，所述第一腔设置有第一可变形的膜片（或所述第一腔的包括第一可变形的膜片的壁）并且包括第一应变计和第二应变计，所述第二腔设置有第二可变形的膜片（或所述第二腔的包括第二可变形的膜片的壁）并且包括第三应变计和第四应变计，所述四个应变计形成单臂电桥。

每个所述应变计能够提供表现相应的膜片的变形的特征的信号，所述变形在流量计的流体的流动的作用下发生。

所述四个应变计形成单臂电桥，当流体经过所述第一腔、然后经过所述通道、然后经过所述第二腔流动时，所述单臂电桥允许测量所述第一腔和所述第二腔之间的压差。

所述流量计可制成单个部件。

所述流量计包括两个膜片，所述两个膜片各自面向一个腔，所述两个腔由通过具有小截面的第一通道形成的压降来分离。所述装置进一步包括采用单臂电桥形式的测量装置，所述单臂电桥包括2个与所述第一膜片有关的或在所述第一膜片上的应变计和2个与所述第二膜片有关的或在所述第二膜片上的应变计。单个单臂电桥提供了执行在流量计中流动的流体的流速的测量的可能性。

包括被定位在所述两个腔中的电阻的单臂电桥的使用允许对电缆的整体进行简化以及减少由所述测量消耗的能量。

在所述装置中，每个所述膜片的应变计中的一个应变计有利地沿着与所述装置中的流体的总体流动方向垂直的方向来放置，而另一应变计沿着大体上与所述装置中的流体的总体流动的方向平行的方向放置。所述布置提供了确保高灵敏度的测量的可能性。

更优选地，所述应变计的每一个位于相应的膜片的锚固区域或边缘的附近。

所述装置可进一步包括测量装置，所述测量装置包括放大器装置或单个放大器，所述电桥的没有定位成在所述电桥中彼此邻近的2个顶点连接到所述放大器装置或单个放大器。因此，可进行差动测量，这允许减少退化信息和最小化测量的不确定性的风险。

在本申请中，还描述了一种用于制造上述类型的流量计的方法，所述方法包括以下步骤：

a）选择第一基层和第二基层，

b）在所述第二基层中制作所述第一腔、所述第二腔和所述通道，

c）将所述第一基层与所述第二基层组装到一起，

d）然后通过减薄所述第一基层来制作可变形的膜片，

e）使形成单臂电桥的4个应变计形成在所述膜片上或所述膜片中，所述应变计中的2个应变计被放置在所述第一腔的上方并且另外2个应变计被放置在所述第二腔的上方。

在本申请中，还描述了一种用于制造流量计的方法，所述方法包括以下步骤：

a）选择第一基层和第二基层，

b）在所述第二基层中制作第一腔、第二腔和将所述两个腔连接的通道，

c）将所述第一基层与所述第二基层组装到一起，

d）然后，通过减薄所述第一基层来制作分别与所述第一腔和所述第二腔有关的或位于所述第一腔和所述第二腔的上方的第一可变形的膜片和第二可变形的膜片，

e）使形成单臂电桥的4个应变计形成在所述膜片上或所述膜片中，所述应变计中的两个应变计被放置在所述第一腔的上方并且另外两个应变计被放置在所述第二腔的上方。

在上述的方法的任一个方法中，所述可变形的膜片可通过使所述第一基层通过机械抛光或通过机械化学抛光和/或通过蚀刻而从所述第一基层的上表面减薄来制成。

所述第一基层可采用绝缘体上外延硅类型，所述第一基层包括半导体基层、介电层和半导体材料层。

所述介电层在减薄所述第一基层期间可被用作停蚀层。

所述方法可进一步包括在所述第二基层中制作入口管路和出口管路的步骤。所述管路可首先在所述第二基层中被制成不通的，然后在步骤e）之后通过减薄所述第二基层制成。

优选地，所述组装步骤通过分子密封、通过阳极密封或共熔密封或通过粘合来完成。

所述组装步骤可在真空内执行。

关于所述应变计，所述应变计可通过所述膜片上的金属沉积或通过掺杂的半导体材料制成。

在本申请所描述的装置或方法中，优选地，设法使所述单臂电桥的4个应变计不全相互平行，和/或使所述电桥中的相同膜片的2个应变计不相互平行，和/或使所述单臂电桥包括两个连续的相对于彼此平行的应变计。

附图说明

将参考附图对作为本发明的非限制性示例的实施例进行描述，在附图中：

已描述的图1为根据现有技术的示例的微流量计的剖视图，

图2为电路图的示意图，

图3、4A和4B、4C分别为根据本发明的流量计（图3、4A、4C）和用于安装与所述流量计有关的传感器的电路图（图4B）的示意图，

图5为根据本发明的流量计的替代性的流量计的示意俯视图，

图6A-6F示意地示出了用于制造根据本发明的流量计的方法的各个步骤。

具体实施方式

在下文中，当提及“基层”时，它还可包括“层”。因此，这些术语的任一个都同等地使用。

应注意，在附图中，不一定按比例绘制以使附图更为清晰。

在以下的所有描述中，使用了正交参考系统（i，j，k），如图3中所示。

此外，随后使用的术语“下部”和“上部”在此应根据沿所述正交参考系统（i，j，k）的方向k的方向来理解。

术语“厚度”、“高度”和“深度”应根据沿相同的正交参考系统（i，j，k）的方向k的测量值或距离来理解。

根据本发明的第一示例性结构在图3和图4A-4C中示出。图3为沿平面的剖视图，所述平面的路径AA＇在图4A或4C（俯视图）中可见。图4A和4C的视图为电桥的电阻的布置上的替代方案。

所述装置包括2个膜片11＇、13＇，所述膜片11＇、13＇被定位成面向2个腔（或腔室）11、13。所述腔11、13通过具有小截面的小通道12被连接到一起。所述通道将对流体施加压降，所述流体从入口10流入然后流动到第一腔11中，然后进入第二腔13中以便流向出口孔口14。

所述腔11、13在ij平面或所述装置的平面中可各自呈圆形形状或盘形形状（图4A、4C中清晰地示出），所述腔11、13的直径可以为大约几毫米（例如，介于1毫米和10毫米之间）。替代性地，所述腔可以是方形的或矩形的，所述替代性的腔在图5中示意地示出并且将在随后被评论。

所述腔具有沿方向k测量的深度P，所述深度p大约为几微米到几百微米（例如，包括在10微米或50微米和100微米之间）。优选地，不同的通道10、11、12、13、14沿所述方向k测量的深度是类似的或相等的。为了形成较窄的扼流部，所述通道12的深度可小于所述腔11、13的深度。由所述扼流部产生的压降更大，因为所述扼流部采用小截面。因此，所述流体在所述腔11和13中的压差更大。如将随后描述的，这增大了所述两个腔之间的流体的流速的测量的精确度。

所述通道12沿平行于所述j轴线（垂直于所述装置中的流体的流动方向）的轴线的宽度为数十微米（例如，介于10微米和50微米之间），而另外的输送通道10、14优选地具有大约为数百微米（例如，介于100微米和500微米之间）的较大的宽度。所述结构可在两个基层20、30中形成，所述两个基层20、30相互叠加并相互组装。

所述基层的每一个具有例如介于100微米和数百微米（例如，在100微米和500微米之间）之间的厚度。

所述基层的每一个在垂直于所述k轴线的ij平面中延伸。为此，所述ij平面还被称为所述装置的平面或所述装置的主平面。所述j轴线沿所述装置中的流体的流动方向并且所述i轴线垂直于所述j轴线。在某些情况下，每个所述基层沿所述轴线k测量的厚度可相对于所述装置的侧向延伸（即相对于沿所述平面ij测量的所述装置的尺寸L和l）而非常小；L（沿所述j轴线测量）例如介于数毫米（例如2毫米或5毫米）和数厘米（例如2厘米或5厘米）之间，并且l（沿所述i轴线测量）例如介于数毫米（例如2毫米或5毫米）和数厘米（例如2厘米或5厘米）之间。所述基层20、30可各自为半导体材料（例如，为硅或为例如玻璃或金属或聚合物或塑料的其它材料）。硅是优选的，因为硅与共同的和精确的制造微技术相配。进一步，所述材料具有良好的机械强度和耐老化性。在材料是硅的情况下，所述基层例如通过分子组装或通道粘接（例如通过丝网印刷粘合）被粘合到一起。分子密封具有不需要添加粘合剂的优点。

流体的压降测量利用单臂电桥40来执行，所述单臂电桥40包括位于所述第一膜片11＇上或所述第一膜片11＇中的2个应变计（R3，R4）以及位于所述第二膜片13＇上或所述第二膜片13＇中的2个应变计（R1，R2）。

优选地，这些应变计为导电材料中或为掺杂的半导体材料。所述量计例如为金或铝或钛或铂或合金（例如硅铝合金）。优选地，导电材料被选定为具有高的应变系数（例如铂）。替代性地，导电材料由掺杂的半导体材料（比如，例如通过植入硼离子取得的p型掺杂硅）制成。利用半导体材料（例如，以几1019at.cm-3计量掺杂硼的硅）的应变计制成的传感器提供比使用金属应变计的传感器大50-100倍的灵敏度。

所述应变计的每一个可具有细长形状，所述应变计的每一个具有数微米的宽度（所述宽度可介于1微米和9微米或10微米之间）和数十微米的长度（所述长度可介于10微米和100微米之间）。

优选地，4个电阻R1、R2、R3、R4为相同的额定值R0（即，没有任何变形）。

更优选地，所述4个应变计定向成使得流速测量最敏感。例如，如果所述膜片各自具有圆形形状（如图4A或4C中所示），每个所述膜片的应变计的其中一个应变计被放置在所述膜片的径向方向上（图4A中的R4或R1；图4C中的R3或R1），而第二个应变计（图4A中的R2或R3；图4C中的R4或R2）沿着成角度的方向放置，或放置成在投射到由成对的向量（i，j）限定的平面上或平行于所述装置的主平面的平面上时，在所述应变计放置的位置处与锚固区域的边界或所述膜片的轮廓的边界，在此情况下与由膜片形成的圆的半径形成这里为大致接近直角的角度。

通常，不管所述膜片的形状如何，优选地，所述电阻不全是相互平行的。

优选地，放置在相同膜片上或相同膜片中的电阻没有相互平行。有利地，所述电阻相互垂直。例如，膜片可包括径向定向的电阻，另外的电阻沿切线定向（类似于4A或4C所示）。但是其它的配置是可能的，其中与相同的腔有关的两个应变计在所述两个应变计之间形成了严格大于0°和严格小于或等于90°的角度，其它腔的两个应变计在所述两个应变计之间形成了严格大于0°和严格小于或等于90°的角度。

优选地，由四个电阻形成的单臂电桥包括相互平行的两个连续的电阻。这是图4A和4B中的情况，其中，连续放置在所述电桥中的两个电阻R2和R3相互平行以及两个电阻R1和R4也相互平行。

如图4A、4B或4C中所示，所述应变计R1-R4通过互连件36被连接到一起，使得整体形成单臂电桥。所述电桥的顶点被连接到触板31上，所述触板31允许所述流量计到电子测量系统34、35的连接，所述电子测量系统34、35包括放大器34和（可选地）存储装置和/或数据处理装置（例如，微处理器型的装置，进一步例如计算机装置）。通过显示屏（附图中未示出），操作者在流体流动期间可查看流速数据随时间的变化。

所述两个膜片11＇、13＇为相同的（相同的几何形状、相同的尺寸和相同的硬度）。如图4A或4C中所示，优选地，所述应变计的每一个在与由轴线（i，j）限定的平面平行的平面上或平行于所述装置的主平面的平面上的投影定位到相应的膜片的边缘或（在其中形成应变计的基层中）锚固区域的附近（其中应力在此最大）。

在制成所述装置的基层的材料为硅时，应变计优选地沿硅的晶格的<010>方向定向。这允许压阻效应最大化：所述应变计于是更灵敏。

其它的变形传感器可在所述膜片11＇、13＇上或所述膜片11＇、13＇中存在，例如以便测量所述膜片的任一个膜片中的压力。

当流体在由所述入口10、所述第一腔11、所述通道12、所述第二腔13和所述出口14形成的网络的整体中流动时，由所述扼流部12产生的压降引起了所述腔11和13之间的压差。

如果Pa和Pb表示所述腔11和13中的各自的压力，优选地，在所述扼流部12中产生的压降大于在其它的入口和出口输送通道10、14中产生的压降。

作为示例，应重申的是，对于具有边长d的方形截面和长度L的通道而言，压降通常写作：

其中，μ为流体的粘度，并且Q为流速。为了简化，将使用以下关系：

Pa-Pb=αQ，（公式1）

其中，Q表示流量计中的流速并且α为取决于所述扼流部12的几何形状和所述流体的粘度的系数。因此，所述公式可被应用于沿所述j轴线（或所述ik平面中）的通道的截面的任何几何形状上。

在压力的作用下，面向每个所述腔11、13的所述膜片11＇、13＇变形。因为形成所述膜片的材料具有大体上弹性的特性，所以获得的所述压力和所述膜片的变形之间的线性关系为一阶的，并且因此所述应变计的电阻的相对变化与所述腔的压力之间的线性关系也为一阶的。

K为所述比例关系

K的值取决于所述膜片的硬度、所述应变计的位置和所述应变计的压阻特性。所述系数K还取决于所述应变计的定向。沿各自的轴向定向和角定向（如与图4A有关的上文所述的）定位的应变计具有相反符号的系数K。因此，对受压力Pa影响的第一膜片11＇的电阻而言，分别针对径向放置的第一电阻R4和大体上与第一电阻成90°放置的第二电阻R3，可以得到：

R4=R0（1-KPa）

R3=R0（1+KPa）

另外，对于受压力Pb影响的第二膜片13＇而言，可以得到：

R1=R0（1-KPb）

R2=R0（1+KPb）

所述电桥由电压V供应装置37来供电。不平衡即所述单臂电桥的电势差ΔV由以下关系给出：

\frac{ΔV}{V} = \frac{R_{1} R_{3} - R_{2} R_{4}}{(R_{1} + R_{2}) (R_{3} + R_{4})}

（除了取决于电压的符号的约定的符号以外）。

因为电阻变化比所述应变计的额定值要小得多（ΔR<<R0）。得到以下公式（2）：

\frac{ΔV}{V} = \frac{K}{2} (Pa - Pb)

通过将公式（1）和（2）比较，可以发现：

\frac{ΔV}{V} = \frac{K}{2} αQ - - - (3)

对于所述应变计的其它相对定向而言，这些公式将是适用的。

如上文所述，通常，优选地，所述电阻不全是相互平行的和/或放置在相同膜片上的电阻没有相互平行和/或由四个电阻形成的单臂电桥包括相互平行的两个连续的电阻。

公式（3）示出了：上文所述的单臂电桥的配置给出了获得所述流速Q和在所述电桥上测量的不平衡ΔV之间的直接关系的可能性。

因此，在图4C的结构的情况下，下述公式（2＇）通过与针对所述参数V、K、Pa和Pb相同的手段来获得：

\frac{ΔV}{V} = \frac{K}{2} (Pa + Pb)

与例如图2的结构相比，已经描述的测量装置允许所述传感器和与其有关的电子设备之间的电连接件的数量的减少（4个连接件代替8个连接件，每个连接件对应于电桥的顶点）。

所述结构的另一优点是测量所消耗的能量的减少。实际上，每个电桥为电驱动，并且由2个电桥（与腔有关的每个电桥）到1个单个电桥的转变的事实允许针对测量所需的能量损耗减半。

所述装置的应变计的布线本身也比根据现有技术的装置的布线要简单得多，这简化了测量链。进一步，需要单个放大器34。这提供了空间和电损耗最小化的改进：在具有两个电桥的配置中（因此，具有3个放大器80、80＇、81＇），每个所述放大器必须被供电。此外，在测量链之前执行差动测量的事实提供了减少信息降级的风险和因此最小化与所述流量计的电子设备有关的测量不确定性的可能性。

在医学（植入）应用中尤其追求这些不同的优点，医学应用有必要在减小电子设备的尺寸、简化信息处理和减少电损耗的同时保持最佳的灵敏度等级。此外，对于具有快速瞬变现象的流动（例如，具有膜片和阀的泵产生流动脉冲）而言，两个单臂电桥上的测量值的差的计算会涉及复杂的信号处理操作以便不会失去灵敏性，这个问题在通过单个电桥进行的流速测量的情况下不再产生。

在图5中示出了替代方案，其中，腔41、43在所述装置的平面中各自具有大体上为方形或矩形的形状。图5中的其它附图标记表示与通过其它附图已经在上文描述的元件相同的元件或类似的元件。沿轴线AA＇的剖视图与图3中的剖视图相同并且所述测量电桥的电路图和与图4B有关的上文所描述的电路图相同。

所述腔41、43的每一个具有方形或矩形的形状，所述腔41、43的每条边例如大约为数毫米（例如介于1毫米和10毫米之间）。

上文中与装置的各个元件的尺寸、可应用的材料、所述应变计的相对布置有关的其它考虑被应用于所述替代方案。

图6A-6F以截面方式示出用于制造所述的类型的流量计的方法的不同步骤。

考虑第一基层20（图6A）例如由绝缘体上外延硅晶片（绝缘体上外延硅的（Silicon On Insulator）SOI）形成。因此，二氧化硅层20-2在两个上部硅层20-1和下部硅层20-3之间存在。

考虑第二基层30（图6B）例如由双面抛光硅晶片形成。

所述第一基层20和第二基层30的每一个的厚度大约为数百微米（例如700微米）。

所述第一基层20的下部硅层20-3的厚度大体上等于随后将制成的可变形的膜片的厚度。所述厚度可因此大约为数十到数百微米（例如，10微米到300微米，并且优选地为50微米）。如随后将详细说明的，所述第一基层的下部层20-3提供了精确限定将制成的可变形的膜片的厚度的可能性。

首先，所述腔11、13以及所述输送通道10、14和所述扼流部12都在所述第二基层30（图6B）的上表面中制成。所述腔表示在所述第二基层30的表面中制成的凹部或凹槽。

所述两个腔11、13因此被制成。

所述两个腔11、13通过所述输送通道12被连接到一起。所述入口管路10和所述出口管路14允许它们容纳流体（所述流体的流速待测量）并然后移除所述流体。

所述入口管路15和出口管路16以穴孔的形式被制成，所述穴孔分别通向上游输送管路10和下游输送管路13的内部。在此阶段，优选地，所述入口管路15和出口管路16还不是朝所述第二基层30的贯通管路。所述入口管路15和出口管路16可位于所述腔的中心（因为优选地，所述入口管路15和出口管路16通向所述腔的中心）。所述入口管路15和出口管路16可具有沿所述基层的平面测量的大约为数百微米或介于100微米和800微米之间的直径和大约为数百微米或介于100微米和500微米（例如300微米）之间的深度p。

所述第二基层30中的所述腔、所述输送管路以及所述入口管路15和所述出口管路16的制造通过传统的微电子技术（例如，通过紧接着蚀刻步骤的光刻法）从所述基层的上表面30＇进行。所述蚀刻可通过允许取得直壁的反应离子蚀刻（Rayonic Ion Etching，RIE）类型的等离子体进行。所述各种元件可具有上文已经表明的形状和尺寸。所述形状利用在光刻法和蚀刻操作期间所使用的掩膜来限定。

然后，所述两个基层20、30被相互组装到一起（图6C），所述基层20的下部层20-3与所述基层30＇的上表面组装到一起，通过这样，各个腔10-14被蚀刻。

根据优选的实施例，因为所述第一基层20和第二基层30分别为硅和绝缘体上外延硅，因此可通过分子密封来进行组装。所述技术还被称为通过熔融的密封或直接硅密封。可应用于所述组装的技术的其它示例在上文中给出。

所述通过分子密封的组装包括用于预备待组装的基层20、30的表面的第一阶段，所述第一阶段更具体地为清洗和水合作用阶段。

因此，待组装到所述2个基层20、30上的表面通过例如RCA清洗（在Maluf和Williams题为《微机械系统工程的引言》的书中描述）的湿处理来清洗。通过所述清洗技术，清洁的和未受污染的表面可被取得，使所述表面具有高密度的氧氢基。于是所述基层被对准并且然后相互接触。

然后密封件退火在高温下被执行一段确定时间。所述温度可介于500°C和1250°C之间（例如，大约为1000°C）并且退火时间可大约为一小时。于是，由此取得的基层的组件可靠并持久。

在所述组装期间，所述第一基层20还未被处理以便取得可变形的膜片。因此，所述第一基层20的厚度大体上等于其初始厚度（即数百微米）。另外，在所述组织步骤之前和期间，所述第一基层20的操作具有低的破坏或裂开的老化风险。

最后，应注意，在所述组装期间，所述入口管路15和出口管路16可以不是贯通管路。在所述情况下，所述组装步骤有利地在真空内执行。

举例而言，环境压力可介于数10–4毫巴和数10–2毫巴之间。通过这样，可通过限定于由所述腔11、13和管路10、12、14、15、16形成的封闭体积中的气体的热膨胀来避免过度的机械应力在所述基层中产生和所述两个基层的组装区域中产生过大的超压。

可变形的膜片最后通过从所述第一基层20的上表面（与层20-3的与所述第二基层30组装到一起的表面相对的表面）在其表面的整个范围内对其进行减薄在所述第一基层20中形成。

为此，研磨类型的第一机械抛光阶段可被执行。所述技术显著地描述Pei等人在Int.J.Mach.Tool.Manu.,48(2008),1297–1307中题为《硅晶片的研磨：历史张望的回顾》的论文中。

所述抛光可在所述中间的二氧化硅层20-2的数微米或数十微米处停止。

替代性地或与所属技术结合，RIE型的干法蚀刻和/或利用氢氧化钾或四甲基氢氧化铵（tetramethylammonium hydroxide，TMAH）镀液的湿法蚀刻可被执行。在干法或湿法蚀刻的情况下，所述二氧化硅层20-2具有被用作停蚀层的优点，通过所述停蚀层可精确地控制待形成的膜片的最终厚度。

最后，所述第二基层20的中间的二氧化硅层20-2本身可通过所述RIE型的干法蚀刻或具有氢氟酸（hydrofluoric acid，HF）的化学蚀刻来被蚀刻。

如图6D所示，所述第一基层20于是基本上被减少到其下部层20-3并且具有大体上平坦的上表面20＇。所述层不具有任何用来形成可变形的膜片的几何上限定的区域。由于所述层的厚度e大约为数十微米到数百微米（例如，10微米到300微米，并且优选地为50微米），所述层的任何区域可形成可变形的膜片。所述层位于面向所述腔11、13的区域为将在所述腔的每一个的上方形成可变形的膜片的区域。

于是，检测装置（电阻R1-R4，互连件36）可由所述层20-3的上表面20＇上的导电层来形成。所述导电层可在上文已经表明的材料的其中一种材料中形成并且通过可用于清洁室中的任何沉积技术或通过将离子植入半导体材料中来获得。所述应变计于是直接在所述膜片的材料中形成。还可使用在文献WO2010/92092中描述的技术。

仍替代性地，所述应变计R1-R4可通过在所述膜片的表面处涂覆多晶硅层来制成。这种技术在Malhaire等人于2003年在Thin Solid Films,427,362–366中的题为《用于恶劣环境的具有原始多晶硅的绝缘多晶硅压力传感器》的论文中出现。

优选地以与所述应变计R1-R4相同的方式在所述膜片20-3上形成的互连件36与所述应变计R1-R4电连接以便形成所述单臂电气并将所述组件连接到所述处理装置34、35和动力装置37（图4B）上。

图6E示出了（例如基于比如二氧化硅的绝缘体的）电绝缘层21可被放置在所述基层上，因此覆盖所述应变计R1-R4和所述互连件36。

其它的变形传感器可在此阶段在所述膜片11＇、13＇上制成，例如以便测量所述膜片的任一个或两个中的压力。

在根据本发明的方法的优选的实施例中，所述入口管路15和出口管路16还不是贯通管路。蚀刻步骤于是在所述第二基层30的下部表面上被执行（图6F）以便用所述管路制造贯通管路。所述流量计的流体管路（包括入口管路15和出口管路16、所述腔11、13以及所述输送管路10、12和14）于是被打开并与外部环境连通。

有利地，所述步骤在所述制造方法的最后被执行。通过所述步骤，可避免所述流体管路的内部被任何种类的残留物或杂质所污染。因此，堵塞或污染所述网络的整体的风险被抑制。

根据本发明的方法的优点是：所述方法仅要求在图6C的组装操作期间接触的两个表面中的单个表面被蚀刻。与之相反，例如图1中的结构对所述基层62、64施加蚀刻。

最后，在多个流量计同时由形成第一基层的晶片和形成第二基层的第二晶片制成时的情况下，所述晶片被切断以便个别处理由此制造的部件。

Claims

1.一种流量计，包括通过通道（12）连接的第一腔（11）和第二腔（13）：

所述第一腔设置有包括第一可变形的膜片（11＇）的壁并且设置有位于所述第一可变形的膜片上或所述第一可变形的膜片中的第一应变计（R1）和第二应变计（R2）；

所述第二腔（13）设置有包括第二可变形的膜片（13＇）的壁并且设置有位于所述第二可变形的膜片上或所述第二可变形的膜片中的第三应变计（R3）和第四应变计（R4），所述四个应变计形成单臂电桥，当流体经过所述第一腔、然后经过所述通道、然后经过所述第二腔流动时，所述第一腔和所述第二腔之间的压差能够通过所述单臂电桥来测量。

2.根据权利要求1所述的流量计，所述4个应变计（R1，R2，R3，R4）具有相同的额定值。

3.根据权利要求1或2所述的流量计，所述单臂电桥的4个应变计不全相互平行，和/或所述电桥中的相同膜片的2个应变计不相互平行，和/或所述单臂电桥包括两个连续的相互平行的应变计。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的流量计，每个所述膜片的应变计中的一个应变计沿着与所述装置中的流体的总体流动方向垂直的方向放置，而另一应变计沿着大体上与所述装置中的流体的总体流动方向平行的方向放置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的流量计，所述2个膜片是相同的。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的流量计，所述应变计的每一个位于相应的膜片的锚固区域或边缘的附近。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的流量计，所述应变计的每一个为导电材料或为掺杂的半导体材料。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的流量计，所述应变计的每一个具有介于1微米和10微米之间的宽度和介于10微米和100微米之间的长度。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的流量计，进一步包括至少一个附加传感器，例如用于测量所述腔的至少一个腔中的压力的传感器。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的流量计，所述可变形的膜片（11＇，13＇）具有介于10微米和300微米之间的厚度。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的流量计，进一步包括测量装置（34，35），所述测量装置（34，35）包括放大器装置（34），所述电桥的没有定位成在所述电桥中彼此邻近的2个顶点连接到所述放大器装置（34）。

12.一种用于制造根据权利要求1-11中任一项所述的流量计的方法，包括以下步骤：

a）选择第一基层（20）和第二基层（30），

b）在所述第二基层（30）中制作所述第一腔（11）、所述第二腔（13）和所述通道（12），

c）将所述第一基层（20）与所述第二基层（30）组装到一起，

d）然后通过减薄所述第一基层（20）来制作可变形的膜片（11＇，13＇），

e）使形成单臂电桥的4个应变计（R1，R2，R3，R4）形成在所述膜片上或所述膜片中，所述应变计中的2个应变计被放置在所述第一腔（11）的上方并且另外2个应变计被放置在所述第二腔（11）的上方。

13.根据权利要求12所述的方法，所述可变形的膜片通过使所述第一基层（20）通过机械抛光或通过机械化学抛光和/或通过蚀刻而从所述第一基层（20）的上表面（21S）减薄来制成。

14.根据权利要求12或13所述的方法，所述第一基层（20）采用绝缘体上外延硅（SOI）类型，所述第一基层（20）包括半导体基层（20-1）、介电层（20-2）和半导体材料层（20-3）。

15.根据权利要求14所述的方法，所述介电层（20-2）在减薄所述第二基层期间被用作停蚀层。

16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，进一步包括在所述第二基层（30）中制作入口管路（15）和出口管路（16）的步骤。

17.根据权利要求16所述的方法，所述入口管路（15）和出口管路（16）首先在所述第二基层（30）中被制成不通的，然后在步骤e）之后通过减薄所述第二基层制成。

18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，所述组装步骤通过分子密封、通过阳极密封或共熔密封或通过粘合来完成。

19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，所述组装步骤在真空内执行。

20.根据权利要求12-19中任一项所述的方法，所述应变计通过所述膜片上的金属沉积或通过掺杂的半导体材料制成。