CN114018350A - 新型的流量传感器芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的流量传感器芯片，包含：加热部件、上游部件、下游部件、隔离薄膜件和传感器基体；加热部件连接至隔离薄膜件；上游部件包含靠近加热部件的热端和远离加热部件的冷端；下游部件包含靠近加热部件的热端和远离加热部件的冷端；被检测的气流按顺序流经上游部件的上表面、加热部件的上表面和下游部件的上表面；隔离薄膜件上设有一用于连通隔离薄膜件上方和下方以平衡隔离薄膜件上方和下方的气压的通孔。本发明的新型的流量传感器芯片，在隔离薄膜件上设置了通孔，可以贯通隔离薄膜件上下方气压，防止隔离薄膜件长时间处于压力状态，起到平衡隔离薄膜件下方空腔气体与上方气体的气压的作用，从而增加传感器芯片的使用寿命。

Description

新型的流量传感器芯片

技术领域

本发明属于流量传感器技术领域，具体涉及一种新型的流量传感器芯片。

背景技术

目前流量传感器广泛应用于石油天然气、汽车发动机以及医疗设备中流量的检测。现有的一些流量传感器的结构中，有时需要将传感器处于一个悬空膜上，而薄膜易受被测流体压力、温度等参数的影响，使传感器芯片薄膜的上下方气压失衡，从而造成薄膜破裂或是大大降低了芯片的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种新型的流量传感器芯片，用于解决上述提到的技术问题，具体采用如下的技术方案：

一种新型的流量传感器芯片，包含：

加热部件，用于产生热量；

上游部件，位于加热部件的上游，且与加热部件间隔设置；

下游部件，位于加热部件的下游，且与加热部件间隔设置；

隔离薄膜件，位于加热部件的下方用于隔绝热量；

并支撑加热部件、上游部件的至少一部分和下游部件的至少一部分；

传感器基体，连接至隔离薄膜件且位于隔离薄膜件的两侧；

加热部件连接至隔离薄膜件；

上游部件包含靠近加热部件的热端和远离加热部件的冷端，上游部件的热端连接至隔离薄膜件且位于隔离薄膜件的上方，上游部件的冷端连接至传感器基体且位于传感器基体的上方；

下游部件包含靠近加热部件的热端和远离加热部件的冷端，下游部件的热端连接至传感器基体且位于传感器基体的上方，下游部件的冷端连接至传感器基体且位于传感器基体的上方；

被检测的气流按顺序流经上游部件的上表面、加热部件的上表面和下游部件的上表面；

隔离薄膜件上设有一用于连通隔离薄膜件上方和下方以平衡隔离薄膜件上方和下方的气压的通孔。

进一步地，通孔位于隔离薄膜件的边缘。

进一步地，通孔的长度为隔离薄膜件的总长的0.05％至5％。

进一步地，上游部件距离隔离薄膜件的距离和下游部件距离隔离薄膜件的距离相等。

进一步地，上游部件与隔离薄膜件接触的部分的长度大于其与传感器基体接触的部分的长度；

下游部件与隔离薄膜件接触的部分的长度大于其与传感器基体接触的部分的长度；

上游部件的与隔离薄膜件接触的部分的长度和下游部件与隔离薄膜件接触的部分的长度相等；

上游部件的与传感器基体接触的部分的长度和下游部件与传感器基体接触的部分的长度相等。

进一步地，加热部件的材料为导电材料；

上游部件的材料为掺杂半导体、金属或金属化合物中的一种；

下游部件的材料为金属或金属化合物中的一种。

进一步地，隔离薄膜件通过对绝缘体上半导体材料中的绝缘体材料进行采用微纲加工技术加工制得；

隔离薄膜件上的通孔通过微纲加工技术、机械加工技术或激光加工技术中的一种加工制成。

进一步地，微纳加工技术包含半导体干法化学刻蚀技术、化学湿法刻蚀技术、物理刻蚀技术和混合刻蚀技术。

进一步地，新型的流量传感器芯片还包含：

第一检测单元，用于检测上游部件的热端和冷端之间的第一电压差，其连接至上游部件；

第二检测单元，用于检测下游部件的热端和冷端之间的第二电压差，其连接至下游部件。

进一步地，新型的流量传感器芯片还包含：

计算单元，用于根据第一电压差和第二电压差计算流过新型的流量传感器芯片的气流的流速，其连接至第一检测单元和第二检测单元。

本发明的有益之处在于所提供的新型的流量传感器芯片，在隔离薄膜件上设置了通孔，可以贯通隔离薄膜件上下方气压，防止隔离薄膜件长时间处于压力状态，起到平衡隔离薄膜件下方空腔气体与上方气体的气压的作用，从而增加传感器芯片的使用寿命。

本发明的有益之处还在于所提供的新型的流量传感器芯片，在封装流量传感器芯片的过程中，对加热部件进行加热时，会使得隔离薄膜件下方热量聚集，温度升高。而通孔可以贯通上下方气压，防止薄膜长时间处于压力状态，进一步增加传感器芯片的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一种新型的流量传感器芯片的示意图；

新型的流量传感器芯片100，加热部件10，上游部件20，下游部件30，隔离薄膜件40，传感器基体50。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示为本申请的一种新型的流量传感器芯片100，包含：加热部件10、上游部件20、下游部件30、隔离薄膜件40和传感器基体50。其中，加热部件10用于产生热量，其在通电的情况下，生成热量。上游部件20位于加热部件10的上游，且与加热部件10间隔设置。下游部件30位于加热部件10的下游，且与加热部件10间隔设置。隔离薄膜件40位于加热部件10的下方用于隔绝热量，并支撑加热部件10、上游部件20的至少一部分和下游部件30的至少一部分。传感器基体50连接至隔离薄膜件40且位于隔离薄膜件40的两侧。加热部件10连接至隔离薄膜件40。上游部件20包含靠近加热部件10的热端和远离加热部件10的冷端，上游部件20的热端连接至隔离薄膜件40且位于隔离薄膜件40的上方，上游部件20的冷端连接至传感器基体50且位于传感器基体50的上方。下游部件30包含靠近加热部件10的热端和远离加热部件10的冷端，下游部件30的热端连接至传感器基体50且位于传感器基体50的上方，下游部件30的冷端连接至传感器基体50且位于传感器基体50的上方。被检测的气流按顺序流经上游部件20的上表面、加热部件10的上表面和下游部件30的上表面。

图1中未示出的，新型的流量传感器芯片100还包含：第一检测单元、第二检测单元和计算单元。

具体而言，第一检测单元用于检测上游部件20的热端和冷端之间的第一电压差，其连接至上游部件20。第二检测单元用于检测下游部件30的热端和冷端之间的第二电压差，其连接至下游部件30。计算单元连接至第一检测单元和第二检测单元。计算单元根据第一电压差和第二电压差计算流过新型的流量传感器芯片100的气流的流速。

在本申请的实施例中，隔离薄膜件40上设有一用于连通隔离薄膜件40上方和下方以平衡隔离薄膜件40上方和下方的气压的通孔。其作为应力释放点，防止隔离薄膜件40长时间处于高应力状态，增加新型的流量传感器芯片100的使用寿命。当气体流过新型的流量传感器芯片100上方时，上方流速快，导致压力小。假设隔离薄膜件40上未设置通孔，则隔离薄膜件40向上方鼓起，容易造成薄膜破裂或是降低传感器芯片的使用寿命。

本申请设置的通孔可以贯通隔离薄膜件40上下方气压，防止隔离薄膜件40长时间处于压力状态，起到平衡隔离薄膜件40下方空腔气体与上方气体的气压的作用，从而增加传感器芯片的使用寿命。同时，通孔可以使得隔离薄膜件40上下方气压贯通，气体流过时产生的动力使得上下气压流动，从而带动加热部件10产生的热量进行内循环运动，使热量分布地更加均匀，从而使气流测试的结果更加精确。

另外，在封装流量传感器芯片的过程中，对加热部件10进行加热时，会使得隔离薄膜件40下方热量聚集，温度升高。而通孔可以贯通上下方气压，防止薄膜长时间处于压力状态，进一步增加传感器芯片的使用寿命。

作为一种优选的实施方式，通孔位于隔离薄膜件40的边缘。具体的，通孔的长度为隔离薄膜件40的总长的0.05％至5％。其形状包括但不限于圆形，椭圆形，方形，矩形等。

作为一种优选的实施方式，在本实施例中，上游部件20距离隔离薄膜件40的距离和下游部件30距离隔离薄膜件40的距离相等。且上游部件20与隔离薄膜件40接触的部分的长度大于其与传感器基体50接触的部分的长度。下游部件30与隔离薄膜件40接触的部分的长度大于其与传感器基体50接触的部分的长度。上游部件20的与隔离薄膜件40接触的部分的长度和下游部件30与隔离薄膜件40接触的部分的长度相等。上游部件20的与传感器基体50接触的部分的长度和下游部件30与传感器基体50接触的部分的长度相等。

因此，在本申请中，在没有气流流过的情况下，第一检测单元检测到的上游部件20的第一电压差和第二检测单元检测到的第二电压差是相等的。当有气流流过时，气流改变了加热部件10、上游部件20和下游部件30上方的温度分布。第一检测单元检测到的上游部件20的第一电压差减小，第二检测单元检测到的第二电压差变大。而计算单元根据第一电压差和第二电压差的差值能够计算出流经的气流的流速。

作为一种优选的实施方式，加热部件10的材料为导电材料。其包括但不限于掺杂半导体，如单晶硅，多晶硅(α型或β型)，金属或金属化合物，包括但不限于铝，铁，铜，铂及其化合物等。

上游部件20和下游部件30是一种温度第三部件。具体的，上游部件20的材料包括但不限于掺杂半导体，如单晶硅，多晶硅(α型或β型)，金属或金属化合物。下游部件30的材料为金属或金属化合物，如铝，铁，铜，铂及其化合物等。

作为一种优选的实施方式，隔离薄膜件40通过对绝缘体上半导体材料中的绝缘体材料进行采用微纲加工技术加工制得。其中，绝缘体上半导体材料包含基体、绝缘体和半导体。具体的，基体包括但不限于硅，氮化硅等半导体及其化合物，其厚度在10um至1000um。绝缘体包括但不限于氧化硅，氮化硅等化合物，其厚度在10nm到10um。半导体材料包括但不限于掺杂半导体，如单晶硅，多晶硅(α型或β型)，金属或金属化合物，包括但不限于铝，铁，铜，铂及其化合物等，其厚度在10nm至100um。

其中，隔离薄膜件40上的通孔通过微纲加工技术、机械加工技术或激光加工技术中的一种加工制成。可以理解的是，微纳加工技术包含半导体干法化学刻蚀技术、化学湿法刻蚀技术、物理刻蚀技术和混合刻蚀技术。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型的流量传感器芯片，其特征在于，包含：

加热部件，用于产生热量；

上游部件，位于所述加热部件的上游，且与所述加热部件间隔设置；

下游部件，位于所述加热部件的下游，且与所述加热部件间隔设置；

隔离薄膜件，位于所述加热部件的下方用于隔绝热量；

并支撑所述加热部件、所述上游部件的至少一部分和所述下游部件的至少一部分；

传感器基体，连接至所述隔离薄膜件且位于所述隔离薄膜件的两侧；

所述加热部件连接至所述隔离薄膜件；

所述上游部件包含靠近所述加热部件的热端和远离所述加热部件的冷端，所述上游部件的热端连接至所述隔离薄膜件且位于所述隔离薄膜件的上方，所述上游部件的冷端连接至所述传感器基体且位于所述传感器基体的上方；

所述下游部件包含靠近所述加热部件的热端和远离所述加热部件的冷端，所述下游部件的热端连接至所述传感器基体且位于所述传感器基体的上方，所述下游部件的冷端连接至所述传感器基体且位于所述传感器基体的上方；

被检测的气流按顺序流经所述上游部件的上表面、所述加热部件的上表面和所述下游部件的上表面；

所述隔离薄膜件上设有一用于连通所述隔离薄膜件上方和下方以平衡所述隔离薄膜件上方和下方的气压的通孔。

2.根据权利要求1所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述通孔位于所述隔离薄膜件的边缘。

3.根据权利要求2所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述通孔的长度为所述隔离薄膜件的总长的0.05％至5％。

4.根据权利要求1所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述上游部件距离所述隔离薄膜件的距离和所述下游部件距离所述隔离薄膜件的距离相等。

5.根据权利要求4所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述上游部件与所述隔离薄膜件接触的部分的长度大于其与所述传感器基体接触的部分的长度；

所述下游部件与所述隔离薄膜件接触的部分的长度大于其与所述传感器基体接触的部分的长度；

所述上游部件的与所述隔离薄膜件接触的部分的长度和所述下游部件与所述隔离薄膜件接触的部分的长度相等；

所述上游部件的与所述传感器基体接触的部分的长度和所述下游部件与所述传感器基体接触的部分的长度相等。

6.根据权利要求1所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述加热部件的材料为导电材料；

所述上游部件的材料为掺杂半导体、金属或金属化合物中的一种；

所述下游部件的材料为金属或金属化合物中的一种。

7.根据权利要求1所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述隔离薄膜件通过对绝缘体上半导体材料中的绝缘体材料进行采用微纲加工技术加工制得；

所述隔离薄膜件上的通孔通过微纲加工技术、机械加工技术或激光加工技术中的一种加工制成。

8.根据权利要求7所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述微纳加工技术包含半导体干法化学刻蚀技术、化学湿法刻蚀技术、物理刻蚀技术和混合刻蚀技术。

9.根据权利要求1所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述新型的流量传感器芯片还包含：

第一检测单元，用于检测所述上游部件的热端和冷端之间的第一电压差，其连接至所述上游部件；

第二检测单元，用于检测所述下游部件的热端和冷端之间的第二电压差，其连接至所述下游部件。

10.根据权利要求9所述的新型的流量传感器芯片，其特征在于，

所述新型的流量传感器芯片还包含：

计算单元，用于根据所述第一电压差和所述第二电压差计算流过所述新型的流量传感器芯片的气流的流速，其连接至所述第一检测单元和所述第二检测单元。

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