CN1236289C - 最佳材料制成的耐用的流体流量及特性微型传感器 - Google Patents
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Abstract
含有所需的物理结构及热特性的一种耐用的传感器能在恶劣的环境条件下测量流体流量及特性。该传感器电路小片由一种材料制成，该材料具有被修正的热传导率以提供为避免该传感器饱和所需的热传递特性，因此能在高压力及经常性恶劣的环境下测量大流量空气流及液流的特性，这是硅基传感器先前做不到的。该耐用的传感器还具有用于后侧电连接的内通路，因此避免了对测量的电及机械干扰。所有这些特点一起提供了一种微型传感器，它在恶劣环境下能可靠地，即稳定地、宽动态范围及快速响应地工作。
Description
这是1998年12月7日申请的题为“Rugged Fluid Flow andProperty Microsensor”的美国专利申请系列No.09/207,165，现在的美国专利No＿＿＿以及1999年8月5日申请的美国专利申请系列No.09/368,621的部分继续；后者又是1999年1月28日申请的美国专利申请系列No.09/239,125的部分继续，两者题为微传感器外罩(Microsensor Housing)。
技术领域
本发明一般涉及流体的热传感器，诸如制成微型结构形式的流体流量传感器。为方便起见术语“流量传感器”在下文一般地将被用于这种热传感器。读者将会理解这种传感器可用来测量诸如温度、热传导率及比热的主要参数；而热传导可通过强制的或自然的对流而产生。更准确地说本发明涉及Microbrick TM或微填式传感器，它们具有中央加热元件及附近的传感器阵列，该传感器阵列结构上是耐用的并能在恶劣环境中工作。这些Microbrick TM或微填传感器含有穿透薄片的互联，因此对环境损害或污染的敏感度非常低。传感器支持结构的材料具有适于应用的热传导率，因此产生了更有用的有通用的传感器，诸如高灵敏度或大流量流体流量测量或在恶劣环境中测量所需的传感器。
背景技术
发给Higashi等人的美国专利5,401,155中详述的开放式微型电桥结构良好地适用于测量清洁的气体，该清洁的气体具有或没有大的压力波动，因为该微型电桥结构是防爆的。但是，由于该微型电桥结构的开放特性，来自蒸汽的冷凝物会不受控地留在微型电桥结构中，导致其热响应或输出方面的不受控变化，使得该结构对输出误差敏感和稳定性差。
一般的微型电桥结构具有在顶部表面至头部或基体的硅片导线，该基体还带有电导线和/或电子线路。通常，用于导线连接的这种导线应是1mil(密耳)的黄金导线。这种导线具有留住悬浮于流体中的颗粒、留住流体冷凝物的趋向，增大了不希望的紊流并改变了流量响应。由于该导线很薄，它在大流量环境中以及在清洁该传感器的工作时易于损害，该环境诸如是高速流体流量。
以膜片为基的传感器克服了微型电桥结构的某些问题，因为没有暴露于流体中的开口。更准确地说，没有允许流体进入基础结构的开口。但是，因为膜片是密封在隔绝空气的空间的上方并受到导致压力差的应力信号误差，基于膜片的传感器在高压力应用方面受到限制。由于膜片的物理构造，当压力差(在膜片的任何一侧上)增大至高于100PSI(在大流量环境下非常可能出现的压力等级)时，膜片可能变形或爆裂。膜片传感器顶部表面上的加热/传感元件一般也是用导线被连至其它部件上，留下的问题是：导线在流量路径上堆积碎片，以及在清洁工作期间导线可能破损。
当许多不同的材料用于制作流体流量传感器时，材料的选择可强烈地影响传感器的性能。制作传感器基体的较好材料在除了其它特性以外具有相对低的热传导率。这个低热传导率是维持传感器灵敏度所需的。由于这个相对低的热传导率，出现在各种传感元件中的所有加热/冷却效应主要地是由要被检测的流体所引起的。换名话说，保证不通过基体过量地传递会引起信号短路的热量是重要的。上面讨论的微型膜片结构提供了能在恶劣环境(冷凝的蒸汽、具有悬浮的颗粒等等)中作出精确的热测量的一种设计方案。特别是，大量的硅紧接在加热器/传感元件下面大大地降低或消除、因而限制了潜在的热损失。但是，甚至在这个结构中，材料的选择是严格的---低的热传导率及适宜的材料强度仍旧是很重要的。这个结构的一种缺点是它对压力差(横跨其膜片)的敏感性，这引起在传感元件中产生应力并导致不受控的输出信号变化或误差。
除了上面提及的热特性之外，高度地希望总的流量传感器是：不起化学作用的、抗腐蚀的高度地温度稳定的、电气绝缘的以及生物学上兼容的。明显地，许多这些特性都通过材料的恰当选择来实现。另外，这些所需的特性是根据传感器的工作环境所必需的。所选的材料必须提供给一能在恶劣环境中工作的传感。
因此将希望发展一种流量传感器，它对上面提及的问题不敏感。特别是，传感器将不会被微型电桥下面的蒸汽累积所影响，并且在靠近加热及传感元件处没有暴露的连接导线。所需的传感器在结构上将是耐用的并因此可在恶劣的环境中工作。另外，将希望发展一种流量传感器，它不会被信号短路所影响，因此能够检测大流量的空气流及液体流。为实现这个目的，一所希望的流量传感器，将包含具有相对低的热传导率、高温度稳定性、高电气绝缘、抗腐蚀、不起化学反应以及生物学兼容性的结实的基体或电路小片。这样一种结构的设计将能在高压力下于宽范围内检测流速及热特性。另外，这种能力将在不利的环境中以合理的成本提供无故障的工作。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于检测流体的物理特性的传感器电路小片，包括：一基本是实心绝缘的传感器主体，该主体具有前表面及后表面，该主体具有一已知的导热性，其中该主体具有多个从前表面延伸至后表面的孔；多个连接于该前表面用于检测一流体的物理特性的独立传感元件，所述多个独立传感元件包括至少一个热传感器和至少一个加热器，其中所述传感器主体的导热性足够低至基本上阻止所述多个独立传感元件之间通过传感器主体的热传递，并且其中所述传感器主体包括在所述多个独立传感元件之下的连续实心材料从而提供一个更为强壮的传感器电路小片；以及填充该多个孔的一种连接材料，使得该多个传感元件电连接于该后表面上的对应连接材料上，而该连接材料被构造成适于把该连接材料连接于一电子线路基体上。
在本发明的传感器电路小片中，所述传感器主体和所述连接材料具有基本上相同的热膨胀系数。
在本发明的传感器电路小片中，所述多个独立传感元件包括一环境传感器。
在本发明的传感器电路小片中，所述多个独立传感元件包括至少一个第二热传感器。
在本发明的传感器电路小片中，所述传感器主体是由派克斯硬玻璃(PYREX)制成。
在本发明的传感器电路小片中，该传感器主体是由一光敏玻璃制造的。
在本发明的传感器电路小片中，该传感器主体是由一陶瓷材料制造的。
在本发明的传感器电路小片中，该传感器主体是由一高熔化度的玻璃制造的。
在本发明的传感器电路小片中，该传感器主体是高度地绝缘的硅。
在本发明的传感器电路小片中，该陶瓷材料是氧化铝。
在本发明的传感器电路小片中，该高熔化度的玻璃是熔凝石英玻璃。
在本发明的传感器电路小片中，该光敏玻璃是福提兰(Foturan)玻璃。
在本发明的传感器电路小片中，所述多个传感元件是由在前表面上涂覆的铂构成。
在本发明的传感器电路小片中，该基本是实心的传感器主体是由一第一材料和一第二材料制造的，其中该第一材料直接位于该多个传感元件下面。
在本发明的传感器电路小片中，该基本是实心的传感器主体含有由位于该多个传感元件下面的一第一材料制成的一塞子，该塞子被一第二材料所包围，该第二材料制成了该基本是实心的传感器基体的剩余部分。
在本发明的传感器电路小片中，该塞子基本是圆柱形的。
在本发明的传感器电路小片中，该第一材料是玻璃，而该第二材料是氧化铝。
在本发明的传感器电路小片中，该第一材料是玻璃，而该第二材料是氧化铝。
根据本发明，还提供了一种适合连接于检测电路用于测量一种流体的物理特性的传感器组件，该传感器组件包括：由基本是实心的绝缘的传感器主体和多个传感元件制成的一传感器电路小片，其中该多个传感元件位于该传感器主体的一连续前表面上并与多个电路小片通路连通以允许电信号被传送至该传感器主体的一后表面，该后表面与该前表面相对置并基本上与该前表面平行；所述基本实心的传感器主体包括直接在传感元件之后的实心部分；一个和该后表面邻接的连接于该传感器电路小片上的传感器基体，该传感器基体被构造成通过多个基体通路进一步连接于该检测电路，该基体通路与该电路小片通路通过至少一个位于它们之间的接触垫相接触以允许实现通至该检测电路的电接触。
在本发明的传感器组件中，还包括覆盖该传感元件的钝化层。
在本发明的传感器组件中，该钝化层是氮化硅。
在本发明的传感器组件中，该多个传感元件包含一加热器及一热传感器。
在本发明的传感器组件中，该多个传感元件包含一加热器、一第一热传感器及一第二热传感器。
在本发明的传感器组件中，该传感器主体是由一光敏玻璃制造的。
在本发明的传感器组件中，该传感元件是在该传感器主体的该第一主表面上涂覆的铂结构并被该钝化层所覆盖。
在本发明的传感器组件中，该通路包含在该传感器主体中从该前表面延伸至该后表面的孔。
在本发明的传感器组件中，还包括多个互连结构，该多个互连结构位于该传感器主体上并与该电路小片通路相连通以为该传感元件提供合适的互连。
在本发明的传感器组件中，该传感器主体包括一个第一材料的塞子，该塞子位于该多个传感元件的下方，以及一第二材料制成该基体的剩余部分并包围着该塞子。
在本发明的传感器组件中，该第一材料是玻璃，而该第二材料是氧化铝。
本发明详述了具有微型传感器电路小片的微型结构流量传感器，该电路小片含有Micfobrick TM或微填结构(每种结构在传感元件下面都有基本实心的结构)以及穿透薄片的电气互连。通过由这个结构提供的许多有利处，可以创造一种耐用的传感器—即可在许多不同场合精确工作的一种传感器，该场合包括恶劣的环境。
该传感器的特征是：平的、钝化的，顶部表面上放置的加热元件及传感器元件以提供合适的电绝缘。另外，电路小片以其穿透薄片的互连消除了对连接导线的要求，如上面所讨论的该连接导线存在附带的问题。为了经受住大范围压力等级及在恶劣环境中工作，电路小片结构被构造成非常结实。电路小片由具有非常低的热传导率的材料制成，因此消除了不希望的热信号短路的可能性。例如，电路小片可用各种玻璃材料、氧化铝或这些材料的混合物制成。
该电路小片可用许多粘结剂连接至具有适配的热膨胀系数(CTE)的基体上。电接触可通过热压连接、焊接隆起、导电粘结剂或类似物来形成。较好是穿透基体的电接触终止于用来连接传感器的另外电子线路的所需导电通路。这考虑到易于与另外的装置互连。
为了在电路小片底部提供流体隔离和提供防止进入后侧接触的回填物密封，该基体在与电路小片配合的表面上还具有钝化层。在构造电路小片时可以使用氧化硅层及氮化硅层。本发明通过在所有的流体流量(测量)应用中提供无故障及可靠的服务以及易于制造及易于进行清洁保养来使应用者受益。
完成大流量检测工作的能力极大地信赖于传感器的物理特性。最重要的是，为了创造可在这些大流量检测环境中工作的传感器，电路小片基体需要有低的热传导率。通过减小热传导率，将减小对传感器加热/冷却效应的干扰并加强了检测能力。尤其是，电路小片基体材料的特性将控制热量传递的正确路径，避免从加热器通过电路小片基体传递到传感器。各种各样的材料可以提供这种特性。从历史观点看，一种微型电桥传感器芯片的氮化硅曾提供一定等级的热传导率，同时也容易制造。但是，它的脆性阻止了它用于恶劣环境中。
呈现出所需特性的更优选的材料是玻璃。但是，玻璃先前未曾被使用过，因为过去它不容易进行微加工。这就是说，难于用玻璃制成所需的结构。另一个潜在的基体材料是氧化铝，它广泛地用于电子仪器封装和可被加工用作具有某些所需特性的基体。但是，一种不希望的特点是它的高热传导率，它会严重地降低传感器芯片的灵敏度。
最近在包括光敏玻璃及派克斯硬玻璃(Pyrex)的玻璃材料方面的研发显示了可进行微细加工并极其有效。因此，这种材料现在可为微细加工的流量及特性传感器提供另外一种电路小片基体。本发明开发利用了玻璃(光敏玻璃、熔融石英，等等)或氧化铝材料的特性来生产具有优化的物理特性的流量及特性传感器。提供了Microbrick TM或微填结构式的玻璃基传感器，因此可制造用于检测流体特性或大流量流体流量的粗糙的传感器，而没有压应力引起的错误信号。
由于最近在玻璃方面的研发，这种材料用作电路小片基体时通常减少了所需的结构机加工量。更准确地说，现在基体可被加工成具有基本是实心结构的Microbrick TM或微填结构。在这种形式的传感器电路小片中，加热及传感元件直接地放置在基体上并且在这些元件下面不需要进一步的自理或构造。因此，基体本身在传感元件下面是连续的，生成更加耐用的传感器电路小片。玻璃基体材料的特性允许这个Microbrick TM结构可有效地应用于恶劣环境中。
另一种方法是，利用塞子式构造来实现相同的Microbrick TM结构。在这种方法中，基体材料在加热及传感元件下面会有孔或延伸完全穿过基体材料的开口。然后这个孔再填充以填充剂或合适材料的塞子以制成微填结构(即微孔填充以固体材料)。这种基体与合适的填充剂或塞子的结合可有效地修正微型传感器电路小片的热特性。例如，基体可由氧化铝及包括玻璃塞子被大量地制造。然后加热元件直接地放置在这个塞子元件上，由此提供所需的热特性。
附图说明
通过联系附图阅读优选实施例的说明将更充分地及完整地理解本发明，其中：
图1是显示微型膜片加热器及传感元件的微型传感器电路小片的顶视图；
图2是根据本发明含有基体结构的组装好的流体流量传感器的横截面；
图3是微型传感器电路小片及基体的更详细的视图；
图4是包含填充剂部分的另一个微型传感器电路小片结构的横截面图；
图5是应用塞子的再有的另一个微型传感器电路小片结构的横截面图；和
图6是一种形式的玻璃基传感器所需的后侧加工的简略示意图。
具体实施方式
优选实施例的通篇说明中，相同的部件用相同的标号标明。
参考图1，流体流量传感器电路小片21含有主体13。在主体13上围绕着中央加热元件19放置有传感器元件15、17；全部由诸如铂的合适的金属组成。这种形式的微型结构流体流量传感器的构造及工作原理对技术人员是已知的而将不在本文中再详细描述。再有，为方便起见，如前面指出的，这种结构一般将称为“流量传感器”。
参考图2，根据本发明的流量传感器可包含连接于基体23的微型传感器电路小片21，基体23具有适配的热膨胀系数(CTE)。基体23的材料包括氧化铝、富铝红柱石或具有合适CTE的已知印刷电路板材料。顶部外围主体或层25被放置于基体23上以围绕微型传感器电路小片21，以便在该检测装置的顶部表面进一步平坦化和对流体流和颗粒或冷凝物可能积聚在其中的最小的缝隙提供最小的阻力。顶部外围层25可制成为环氧树脂层、预型件或任何合适构造的及布置的用于上述目的的淀积层或构造层。基体23、电路小片与顶部外围层25之间的连接可进一步用合适的环氧树脂或类似物加以密封或弄平滑以清除可能有的灰尘及蒸汽阱。
如图所示，微型传感器电路小片21包括具有通孔的主体13，该通孔共同用作电通路29，被填充导电材料，该导电材料较好是金、铬/金合金或铬/金/钯合金。互连的贯穿通路的应用，如所示，为流量传感器提供了许多优点。特别是，没有从微型传感器电路小片21的上表面向上延伸的导线连接。因此，没有干扰被检测的流量的结构。如所期望的，这消除了任何紊流并避免了具体连接结构上的应力。
再次参考图2，基体23包括基体主体55，基体主体55包含氧化铝、富铝红柱石或其它的具有与微型传感器电路小片21适配的热膨胀系数(CTE)的已知材料。在要与硅微型传感器电路小片21相配的基体结构23的顶部表面上设置了热压焊接隆起连接61。
硅常被认为是非常有效的微型传感器基体材料，因为它可应用若干熟知的硅加工技术，容易地加工/处理。在某些应用中，诸如非常大流量流体流量检测及高压场合，这种硅支持的如微凸脊或微型膜片的结构无论如何必定会有某些缺点。特别是，如果直接制作在硅上，硅的隔热特性将会限制传感器的结构的及工作的特性。为了自理这些热特性，硅基传感器的微型传感器主体被构造成微型膜片式结构，以便限制加热器及传感元件下面的热量。明显地，这限制了硅基传感器的物理强度。此外，这个微型膜片构造不适用于大流量检测，因为在对大流量等级作出反应之前其输出信号已饱和。
为了在恶劣环境中有效地工作，流量传感器在结构上必须是结实的。如上面所建议，在接近100PSI时爆裂的膜片结构没有呈现出制成耐用的传感器所需的结构特性。传感器耐用所需的是要足以经受住由于外源(诸如高压力脉动、超声波清洗及水锤击)引起的高压力。为了检测大流量的流速，还需要具有某一热传导率的基体材料。如果热传导率太低(如在膜片情况下)，输出信号在中等流量时饱和；但如果它太高，输出信号就变得太小。某些玻璃材料提供了较好的隔热特性(对比于硅)，因此提高了上面提及的微型加工的流量及特性传感器的检测能力。玻璃的应用也使得可使用更加耐用的物理结构。此外，传感元件将被钝化层保护，因此降低了它们对蒸汽及流体的敏感性。这种特性导致更加通用的传感器，它能应用于多种用途。此外，如下面提出的，为有效地微加工玻璃基基体提供了某些技术。
现在参考图3，显示了玻璃基的空气流量或液体流量传感器的更详细结构。玻璃作为微型传感器基体材料的应用提供了增强该传感器能力的多种特点。这些特点包括：(1)用于穿透薄片的接触的自动电绝缘，(2)比硅更低的热传导率，(3)当检测流体时，经受住压力脉动所需的抗环境的结实性，和(4)使用结构上耐用的传感器主体构造的能力。此外，玻璃基传感器满足了化学惰性、抗腐蚀及生物学兼容性的所有要求。
如上面提及的，玻璃提供了各种接触之间的固有电绝缘。这是与硅基传感器相比较来说的，硅基传感器中必须通过基体上含有二氧化硅层来达到电绝缘，除非使用更贵的硅晶片，该硅晶片的生成会产生轻微的绝缘，很明显，这样就除去了一层材料及一个所需的加工步骤。因为生成氧化物的步骤是费时的，并且在相当高温下完成，这样是特别有利的。
现在参考图3，显示了本发明的玻璃基传感器电路小片121的横截面视图。虽然本发明的传感器通常称为玻璃基传感器，应理解具有合适的物理特性的其它材料也可以使用。例如，氧化铝在制作传感器电路小片121时可用作底部材料。这些其它材料往往是在本发明的目标及精神范围内。玻璃主体110在制作传感器电路小片121时被用作基础。在玻璃主体110上表面的上面是氮化硅(Si3N5)层112，它再次起到钝化及结构性功能。在这个钝化层112上面构造了加热器元件114及传感器116，类似于上面所描述的并为技术人员所熟知。再次地，这些加热及传感元件可由许多材料制成，诸如铂。覆盖该结构的整个上表面的是顶层118，它充当保护用的钝化覆盖物。顶层118一般还是氮化硅(Si3N5)。
类似于上面描述的传感器，玻璃体110具有延伸贯穿它的多个电通路129。这些电通路一般是孔，这些孔制作在玻璃主体110中并提供了至其后侧120的互连。再有，这允许通至检测系统的电连接。下面参考图3更充分地解释这些电通路129的制造。
放在电通路129内的是导电的连接材料131，材料131提供了至实际的加热器114或传感器116的电连接。用作这些电连接的材料被选择成密切地与玻璃主体110的热膨胀特性相配。
再有，基体123被构造用来连接微型传感器电路小片121的后侧。基体123包含基体主体155，基体主体155由选择得与玻璃基体110的热特性密切地相配的材料制成。作为例子，基体123可以是科代密封(Kovar-seal)玻璃、氧化铝、PCB等等。基体主体155上表面的上面是釉料层160和多个金属接头170。各种通孔或通路180也可设置在基体主体155中以提供通至另外部件的合适电连接。
为了提供可供使用的传感器，传感器电路小片121与基体123连接，使得所有合适的电连接都恰当地排列。这种连接可通过热压或诸如焊接隆起或工轴(Z-axis)粘结剂的其它连接机构容易地实现。
如可见到的，玻璃主体110基本上是实心块材料。这就是说，除了具有为接在传感电路小片121的部件上的电互连设置的电通路129之外，玻璃主体110上没有其它的开口或孔。非常明显地，直接位于加热器114及传感元件116下面的玻璃主体110的区域基本上是实心的。正如可被期望的，这对于制造及减少所需的加工步骤提供了极其简易的结构。这种形式的结构可由于为玻璃主体110所选的材料的特性而被有效地应用。更准确地说，通过利用具有低的热传导率的玻璃基材料，可制造出可供使用的流体流量传感器。这种形式的结构通常称为Microbrick TM，用作非常耐用的环境的探测传感器。最重要的是，这种传感器能经受住高等级压力而不爆裂。
如上面提到的，玻璃主体110的合适材料的应用使得MicrobrickTM结构可能实现。一般地说，当硅被用作基体材料时，由于其高的热传导率，这种结构不能良好地工作。因此，在硅中，通过基体材料本身太容易生成热传导路径，导致导常低/信号输出。如上面提及的，对于任何流体流量检测，当它相对于加热器114减弱了传感元件116的灵敏度时，这是最不希望的事。
现在参考图4，显示了本发明的另一个实施例。在这个改良的微型膜片结构中，微型传感器电路小片221还是建立在玻璃主体210上。如同图3中所示的实施例，钝化层112紧密地放置在玻璃体210的上表面之上。在这个钝化层上面制有加热器114及一对传感元件116。还包含有顶部表面互连件119，互连件119提供传感元件与所有其它合适部件之间的电互连。覆盖在这些元件(加热器114、传感元件116及互连件119)顶部的是保护层118。
如可见到的，玻璃主体210在加热器114及传感元件116下面含有中央填充剂部分212。在这个实施例中，通过在加热元件114与传感元件116之间提供附加的隔热，使填充剂部分212进一步增强了微型传感器电路小片221的工作。如上面提到的，为玻璃体210所选的玻璃材料能提供许多优点及比硅更佳的隔热。但是，如实际上所有的材料那样，玻璃具有某些热传导率特性。如上面所描述，通过利用填充剂部分212中的材料，该材料甚至具有比玻璃更好的导热率特性，瞬时加热作用被进一步减弱。因此，紧密邻接加热器114及传感元件116的总体结构具有非常低的热传导率特性。因此，在大流量流体流量条件下传感器的灵敏度大为增强。
现参考图5，显示了微型传感器电路小片321还有的另一个构造。在这个具体的构造中，微型传感器电路小片321建立在主体310基础上，主体310被构造成有些类似于图4所示的玻璃主体210。但是，在这个例子中，主体310可用其它材料制成，包括玻璃或硅两者或者氧化铝。为了进一步修正微型传感器电路小片321的热特性，应用了合适地构造的塞子312。塞子312完全地延伸或整个地穿透主体310并选自具有所需热特性的材料。如可看到的，加热器114传感元件116直接构造在塞子312的上方。例如，主体310可由氧化铝构成而塞子312由合适的玻璃材料构成。在这方面，在加热器114及传感元件116下面保持有实心结构，而热特性再次被密切地控制。
当氧化铝或硅被用作主体材料时，图5所示的构造特别地适用。如已熟知的，可应用熟知的方法把氧化铝容易地加工及制造成为合适的构造。此外，氧化铝甚至比玻璃或硅更加不起化学反应。因此，氧化铝在某些应用方面的使用独具优点。此外，氧化铝可用于高得多的温度场合，因为它具有更高的抗热性。如上面所提到的，应用合适的塞子材料，可实现所需的热传导率，导致热传感器具有所需的工作特性。这个堵塞或微填方法可用其它材料类似地加以应用，以恰当地“调谐”或修正传感器的特性。
现参考图6，显示了加工后侧以制造所需的图3的传感器电路小片121的方块图。更准确地说，图6简略地列出了用来恰当地构造玻璃主体110的工艺。此外，玻璃主体110呈现为原材料的裸露块(步骤1)。其次，在步骤2，恰当地构造的掩膜180被置于玻璃主体110的上表面之上。掩模180可由标准的铬材料构成，一般应用微结构加工方法。
其次，被遮掩的基体摆在UV(紫外光)辐射线182之下。如同已熟知的，UV辐射线将不接触玻璃主体110的被遮掩区域，但将作用于未遮掩部分。特别如图6所示，该掩模被构造成在其上具有5个圆形孔。因此，UV辐射线可被照射在玻璃主体110上的那些圆形面积上。
其次，在步骤3，实现被暴露区域的晶化。这个晶化使玻璃主体110易于进一步加工。更准确地说，玻璃在UV暴露区域变得可蚀刻。在步骤4，这个实际的蚀刻发生在UV暴露区域被除去之处。这在玻璃主体110中生成了孔，然后玻璃主体110可被进一步加工。在步骤4，贯穿薄片的孔被金属化以允许在两个表面之间进行电接触。此时，完成了后侧的加工而玻璃主体110可被进一步加工至最终生成玻璃基传感器电路小片121。
再次参考图3，可理解到前侧加工需要涉及加热器114及传感器116的生成和所有合适的覆盖物及连接件。更准确地说，示范性的前侧制造工艺如下：(1)在玻璃主体110的顶侧表面上钝化层(氮化硅)112；(2)在钝化层上放置铂以形成电接触及传感器/加热元件；(3)制造铂覆盖物图案及离子铣削该铂覆盖物以便制成所需的铂图案；和(4)最后在整个结构上方放置钝化层118。
如已良好地理解的，相似的工艺可被用于制造Pyrex(派热克斯耐热玻璃)的部件。其它的这些工艺涉及基体的激光加工、化学蚀刻或物理加工以形成所需的孔。
初级技术人员将理解：本发明提供的许多优点和优选实施例的详细结构为无数问题给出了若干解决方法。应理解到：当该具体元件的独特优点不是所选的传感器的应用所需的时，优选实施例的各种结构可具有替代它的相应元件。因此本发明只由附录的各权项所限定。具有如此描述的本发明的权项要求如下。
Claims (29)
1.一种用于检测流体的物理特性的传感器电路小片，包括：
一基本是实心绝缘的传感器主体，该主体具有前表面及后表面，该主体具有一已知的导热性，其中该主体具有多个从前表面延伸至后表面的孔；
多个连接于该前表面用于检测一流体的物理特性的独立传感元件，所述多个独立传感元件包括至少一个热传感器和至少一个加热器，其中所述传感器主体的导热性足够低至基本上阻止所述多个独立传感元件之间通过传感器主体的热传递，并且其中所述传感器主体包括在所述多个独立传感元件之下的连续实心材料从而提供一个更为耐用的传感器电路小片；以及
填充该多个孔的一种连接材料，使得该多个传感元件电连接于该后表面上的对应连接材料上，而该连接材料被构造成适于把该连接材料连接于一电子线路基体上。
2.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于，所述传感器主体和所述连接材料具有基本上相同的热膨胀系数。
3.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于，所述多个独立传感元件包括一环境传感器。
4.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于，所述多个独立传感元件包括至少一个第二热传感器。
5.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于，所述传感器主体是由派克斯硬玻璃制成。
6.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于：该传感器主体是由一光敏玻璃制造的。
7.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于：该传感器主体是由一陶瓷材料制造的。
8.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于：该传感器主体是由一高熔化度的玻璃制造的。
9.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于：该传感器主体是高度地绝缘的硅。
10.如权利要求7的传感器电路小片，其特征在于：该陶瓷材料是氧化铝。
11.如权利要求8的传感器电路小片，其特征在于：该高熔化度的玻璃是熔凝石英玻璃。
12.如权利要求6的传感器电路小片，其特征在于：该光敏玻璃是福提兰玻璃。
13.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于：所述多个传感元件是由在前表面上涂覆的铂构成。
14.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于：该基本是实心的传感器主体是由一第一材料和一第二材料制造的，其中该第一材料直接位于该多个传感元件下面。
15.如权利要求1的传感器电路小片，其特征在于：该基本是实心的传感器主体含有由位于该多个传感元件下面的一第一材料制成的一塞子，该塞子被一第二材料所包围，该第二材料制成了该基本是实心的传感器基体的剩余部分。
16.如权利要求15的传感器电路小片，其特征在于：该塞子基本是圆柱形的。
17.如权利要求14的传感器电路小片，其特征在于：该第一材料是玻璃，而该第二材料是氧化铝。
18.如权利要求15的传感器电路小片，其特征在于：该第一材料是玻璃，而该第二材料是氧化铝。
19.一种适合连接于检测电路用于测量一种流体的物理特性的传感器组件，该传感器组件包括：
由基本是实心的绝缘的传感器主体和多个传感元件制成的一传感器电路小片，其中该多个传感元件位于该传感器主体的一连续前表面上并与多个电路小片通路连通以允许电信号被传送至该传感器主体的一后表面，该后表面与该前表面相对置并基本上与该前表面平行；所述基本实心的传感器主体包括直接在传感元件之后的实心部分；
一个和该后表面邻接的连接于该传感器电路小片上的传感器基体，该传感器基体被构造成通过多个基体通路进一步连接于该检测电路，该基体通路与该电路小片通路通过至少一个位于它们之间的接触垫相接触以允许实现通至该检测电路的电接触。
20.如权利要求19的传感器组件，其特征在于，还包括覆盖该传感元件的钝化层。
21.如权利要求20的传感器组件，其特征在于：该钝化层是氮化硅。
22.如权利要求19的传感器组件，其特征在于：该多个传感元件包含一加热器及一热传感器。
23.如权利要求19的传感器组件，其特征在于：该多个传感元件包含一加热器、一第一热传感器及一第二热传感器。
24.如权利要求19的传感器组件，其特征在于：该传感器主体是由一光敏玻璃制造的。
25.如权利要求20的传感器组件，其特征在于：该传感元件是在该传感器主体的该第一主表面上涂覆的铂结构并被该钝化层所覆盖。
26.如权利要求19的传感器组件，其特征在于：该通路包含在该传感器主体中从该前表面延伸至该后表面的孔。
27.如权利要求19的传感器组件，其特征在于，还包括多个互连结构，该多个互连结构位于该传感器主体上并与该电路小片通路相连通以为该传感元件提供合适的互连。
28.如权利要求19的传感器组件，其特征在于：该传感器主体包括一个第一材料的塞子，该塞子位于该多个传感元件的下方，以及一第二材料制成该基体的剩余部分并包围着该塞子。
29.如权利要求28的传感器组件，其特征在于：该第一材料是玻璃，而该第二材料是氧化铝。
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