CN1266456C - 热流量传感器制造方法 - Google Patents

Abstract

一种流量传感器，包括基底、电绝缘膜和流动速度检测装置。具有与测量目标流体接触的第一表面的薄的部分的基底，和围绕薄的部分的厚的固定部分整体形成。电绝缘膜在薄的部分的第二表面形成，这在第一表面相反一面；流动速度检测装置(112，125)置于电绝缘膜(113，117)上。流动速度检测装置位于电绝缘膜。也描述了流量传感器的制造方法。

Description

热流量传感器制造方法

技术领域

本发明涉及流量传感器，用于测量在通道中流动的流体流动速度或流动速率，特别涉及热流量传感器。

背景技术

在测量流体的流动速度或流动速率的热流量传感器中，在管道中放置有流动速度检测装置的传感器芯片，该芯片平行于要测量的流体的流动。在流动速度检测装置中，从热发生体(发热器)发射的热流动使流体的空间温度分布局部化。由温度传感器(非直接加热型)检测局部化分布，或由流体而失去热发生体的热量时，检测到功率的改变或产生的阻抗(自加热型)，这样测量流动速度或流动速率(例如：日本专利公开号No.4-295724，No.2-259527，No.8-146026等)。

图17A和17B显示了常规的流量传感器。流量传感器1有通道形成部件4，形成流体2的通道3，基底5有粘接到通道形成部件4的前开口4a的外围部分，用螺栓或此类东西加力，平板6通过电绝缘膜13固定(接触粘接)在基底5前表面的。在此流量传感器1中，基底5的中心部分形成薄膜片部分5A，热发生体和两个电阻(温度传感器)组成流动速率检测传感器，它们的电路图案7由已知的薄膜形成技术构成。

在流量传感器1中，形成薄的基底5，基底5的背面与流体2接触与通道形成部件4一起形成通道3的一部分。使用有低热传导，高热阻抗，和高抗蚀的材料作为通道形成部件4和基底5的材料，例如，基于SUS304-或SUS316的不锈钢。

平板6在它的中心有与薄膜片部分5A完全一样大小的穿通的孔洞8。将电极9装入孔洞8。作为电极9，在金属框10用密封玻璃密封大量布线栓11获得。每一布线栓11的一端用铜焊或钎焊连接电路图案7。

在以上描述的常规流量传感器1中，平板6只用螺栓紧固接触-粘接薄的基底5的前表面。因此，基底5和平板6之间的机械和热接触是不可靠的和不稳定的，使得薄膜片部分5A的温度分布是不稳定的。基于流体2的压力变化，基底5的薄膜片部分5A在平面方向弹性形变时，基底5和平板6之间的接触状态改变，薄膜片部分5A的温度分布改变。这样，传感器的流动速度或流动速率特性或零点漂移，精度，再现性，可靠性，耐久性缺乏。

特别，当通道内部在负压时，基底5和平板6容易互相分离、传感器的流动速度或流动速率特性变化很大。

同样，部件数量增加，如平板6和基底5与平板6的接触-粘接机制导致变大，形状复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种流量传感器，减小由流体压力变化引起的流动速度和流动速率特性变化，因此改进精度，再现性，可靠性，耐久性，并减少制造的部件数量。

本发明的另一目的是提供流量传感器，当通道内部在负压或真空状态时可以进行零点调整(修正)，因此能应对半导体制造领域设备在加压状态中进行流动速度测量的实际需要。

为了实现上述目的，一种热流量传感器制造方法，包括步骤：

通过在基底的底面形成至少一个通道凹口，在基底的表面一侧至少形成一个由薄的部分构成的薄膜片部分；

在与所述薄膜片部分相对应的所述基底的表面上形成至少一个流动速度检测装置，以便构成至少一个传感器芯片；

面对所述通道凹口，将通道形成部件粘接在所述传感器芯片上。

附图说明

图1是显示本发明第一实施例的流量传感器的截面图；

图2是传感器部分的正视图；

图3是显示流量传感器的恒定温度差分电路的电路图；

图4是显示流量传感器的输出电路的电路图；

图5是显示本发明第二实施例的流量传感器的截面图；

图6是基底的平面图；

图7是显示传感器芯片的另一例子的截面图；

图8A是显示本发明第三实施例的流量传感器的截面图；

图8B是图8A沿A-A线的截面图；

图9是显示本发明第四实施例的流量传感器的截面图；

图10是传感器芯片的平面图；

图11是显示本发明第五实施例的流量传感器的截面图；

图12A到12G是显示本发明第六实施例的流量传感器的制造方法的步骤；

图13A到13C是显示本发明第七实施例的流量传感器的制造方法的一些步骤；

图14A到14C是显示本发明第八实施例的流量传感器的制造方法的一些步骤；

图15A到15C是显示本发明第九实施例的流量传感器的制造方法的一些步骤；

图16A到16D是显示本发明第十实施例的流量传感器制造的一些步骤；

图17A是显示常规的流量传感器的正面图；

图17B是显示常规的流量传感器的截面图；

具体实施方式

下面根据显示在附图的实施例详细描述本发明。

图1显示本发明第一实施例的流量传感器，图2显示传感器部分。在图1和图2中，流量传感器100包括：传感器主体102、安置在传感器主体(通道形成部分)102上的传感器芯片103、通过隔离圈104，印刷板105安置在通道形成部分102上并位于传感器芯片103上面等。传感器主体102与传感器芯片103一起形成流体107的通道108。

传感器芯片103包括：基底124、通过电绝缘膜113在基底124上表面的中心形成流动速度检测装置112、周围环境温度检测装置116等。在基底124有与通道形成部分102的凸出部分102A完全相同的尺寸。基底124是薄的、拉长的矩形板，在它下表面的中心有凹口106。凹口106形成有厚的外围固定部分124A。固定部分124A与通道形成部分102的上表面粘接。

薄膜片部分124B在形成凹口106的基底124表面上形成。更特殊的是，椭圆形的凹口106在基底124中心部分的底面形成，这样形成薄的部分124B。薄的部分124B(平板厚度)厚度约为50μm到150μm，形成有薄膜片结构的传感器部分。从流动强度(压力阻抗)的观点看，在垂直于流动方向(箭头A的方向)的方向上(短边方向)，薄膜片部分124B的长度(宽度)最好约为1mm到3mm。

虽然凹口106是椭圆形的，本发明不局限于此，凹口106可是圆的或矩形的。环绕薄膜片部分124B的厚固定部分124A在凸出部分102A的上表面由如YAG激光焊接形成。薄膜片部分124B厚度约为50μm到150μm，在它的上表面中心有流动速度检测装置112。凹口106是在基底124的经度方向为长轴的椭圆形，与在它的两端与孔洞109和110交流。在与凹口106相反的基底124的一边形成流动速度检测装置112。基底124的上表面123a是镜面抛光的，电绝缘膜113在上面形成。

作为基底124的材料，有比硅低的热传导和高热阻抗、高抗蚀和高硬度的材料，如不锈钢，蓝宝石，或陶瓷材料。在这些材料中，因为不锈钢是传导材料，如果用于形成基底124，在上面形成电绝缘膜。因为蓝宝石或陶瓷材料是绝缘材料，如果用于形成基底124，不需要在上面形成电绝缘膜。根据第一实施例的流量传感器100中，基底124由厚度约为0.3mm到3mm的不锈钢(特别是SUS316L)薄板形成。

在基底124由不锈钢组成时，如果形成传感器部分的薄膜片部分(薄的部分)124B的厚度是50μm或更少，强度减小，这不是可取的。如果薄膜片部分(薄的部分)124B的厚度是150μm或更多，在基底124厚度方向，即流体107和流动速度检测装置112之间的热传导减小，平行于基底124表面方向的热传递(热损失)增加，这不是可取的。基底124的固定部分124A用作为保持薄膜片部分124B的形状并作为散热器。

基底124的凹口106由照像印刷和刻蚀或研磨构成，或它们的组合技术。使用照像印刷和刻蚀时，首先，用旋转涂加或其它方法，抗蚀剂施加于不锈钢薄片的整个底面，或抗蚀剂膜粘着在上面。然后，用紫外线(或电子束)照射薄片的底面，转换和爆光在抗蚀剂上掩膜图案。然后，用显影液显影爆光的抗蚀剂去除不需要的抗蚀剂部分。根据爆光部分去除还是保留选择正的或负的抗蚀剂。薄片爆光抗蚀剂要去除部分，爆光的薄片部分用湿刻蚀或乾刻蚀去除厚度约50μm到150μm。随后分离和去除余下的抗蚀剂，清洗薄片。结果形成薄膜片部分124B和凹口106。在湿刻蚀情况中，薄片浸入刻蚀液，或刻蚀液洒在薄片上，因此抗蚀剂一点一点溶解。在乾刻蚀情况中，薄片的底面用溅射法或等离子体的电子或离子照射，因此抗蚀剂一点一点去除，这样构成薄膜片部分124B和凹口106。当基底124是由陶瓷材料组成时，有凹口106的基底124可原始烧成。

流体107流动相反一边(上表面)的薄膜片部分124B表面(上表面)是镜面抛光的，在它的整个表面形成电绝缘膜113。流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116，其包括大量的电极垫114，如6个电极垫114(114a到114f)，用薄膜形成技术在电绝缘膜113的上表面形成布线的薄金属膜115。例如，在电绝缘膜113的上表面沉积材料，如铂并刻蚀成预先确定的图案，构成流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116。

通过用于布线的薄金属膜115，流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116与电极垫114电连接。电极垫114与印刷布线板105的电极布线端连接，使得以上的基底124通过连接线穿过隔离圈104。

电绝缘膜113由二氧化硅(Si₂O)薄膜，氮化硅膜，氧化铝膜，聚酰亚胺或其它此类形成，其厚度约几千到几μ。二氧化硅膜由溅射法，CVD，SOG(spin on glass)或其它方法形成。氮化硅膜由溅射法，CVD或其它方法形成。

参考图2详细描述流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116。流动速度检测装置112由热发生体120和两个温度传感器121A和121B组成。热发生体120完全置于薄膜片部分124B的中心。两个温度传感器121A和121B置于流体107流动方向上的热发生体120的上游和下游。

周围环境温度检测装置116用于补偿周围环境温度的变化，即流体107的温度。周围环境温度检测装置116置于接近薄膜片部分124B的外围部分是在温度传感器121A的上游。换言之，周围环境温度检测装置116置于上游一边和薄膜片部分124B的外边。注意，周围环境温度检测装置116的位置不限于上游一边，而可以是下游一边、传感器芯片103在宽度方向的任一边，或在薄膜片部分124B上。

热发生体120的图案宽度最好约为10μm到50μm，温度传感器121A和121B和周围环境温度检测装置116的宽度最好约为5μm到20μm。如果周围环境温度检测装置116受热发生体120热的不利影响，周围环境温度检测装置116不置于基底124的薄膜片部分124B而置于另一部分，例如在厚的部分(固定部分124A)，这是检测周围环境温度的最佳位置。周围环境温度检测装置116也可由外部温度传感器代替。

传感器主体(通道形成部件)102由如基底124一样薄的和延长的不锈钢金属板组成。传感器主体(通道形成部件)120也有在表面的(上表面)中心形成的延伸(凸出部分)102A，有基底124完全相同的形状，两个通孔109和110，它与传感器芯片103的凹口106一起形成测量目标流体(下面也称为流体)107的通道108。更特别的是，传感器主体(通道形成部件)120有两个通孔109和110。通孔109的一端开口和通孔110的一端开口是开在接近凸出部分102A的经度方向的两端，通孔109的另一端开口和通孔110的另一端开口是开在通道形成部件的底面。

基底124的固定部分124A粘接延伸(凸出部分)102A的上表面。通过孔洞109和110和基底124的凹口106互相交流形成流体107的通道108。通道108的形状需要不是凹口106的椭圆形，最好的形状是，流体107流动方向清楚因此流体107流动平稳的形状。这样的传感器主体(通道形成部件)102由与基底124一样的材料不锈钢构成时，通道形成部件102和基底124由YAG激光焊接或不用任何不同类型的金属。作为选择，通道形成部件102可由氧化铝膜，陶瓷材料或其它此类组成。在此情况，通道形成部件102与基底124用O形环，螺栓或其它此类连接。

即使当通道形成部件102由不锈钢构成时，同样可用O形环，螺栓或其它此类与基底124连接。安置在通道形成部件102上的印刷板105通过隔离圈104在它的中心有圆孔，在上表面由印刷形成大量布线图案127。通过连接线(图中没有显示)传感器芯片103的电极垫114与布线图案127电连接。以通道形成部件102同样的方式，隔离圈104由不锈钢，氧化铝，合成树脂或其它此类构成。隔离圈104用螺钉，黏合剂或其它固定于通道形成部件102。

图3显示流量传感器100的恒定温度差分电路。参考图3，热发生体120，周围环境温度检测装置116和三个固定电阻R1，R2，R3形成桥式电路。桥式电路和运算放大器(OP1)形成恒定温度差分电路。运算放大器OPI接收桥式电路中点的电压，电阻R1和热发生体120作为反向输入，在电阻R2和R3中点的电压作为非反向输入。从运算放大器OP1的输出通常与电阻R1的一端和电阻R2的一端连接。设置电阻R1，R2和R3的阻抗使得热发生体120的温度比周围环境温度检测装置116的温度高一常量温度。

图4是显示流量传感器100的传感器输出电路。参考图4，两个温度传感器121A和121B和两个固定电阻R4和R5形成桥式电路。桥式电路和运算放大器OP2形成传感器输出电路。

在流量传感器100，对显示在图3的恒定温度差分电路的桥式电路施加电压，加热热发生体120到高于周围环境温度某一常量温度。然后，在图1箭头方向供给流体107。结果，由流体107带走薄膜片部分124B的热量正比于它的流动速度。因此，热发生体120也带走热量，它的阻抗减小。因此，桥式电路的平衡状态失去。电压从运算放大器OP1施加到桥式电路，此电压相应于运算放大器OP1的反向输入和非反向输入之间产生的电压。

因此，热发生体120产生的热量增加补偿流体107带走的热量。结果，热发生体120的阻抗增加，桥式电路恢复平衡状态。因此，相应于流动速度的电压到施加到处于平衡状态的桥式电路。在图3的恒定温度差分电路中，如果加热器也用传感器，热发生体120两端的电压输出作为施加到桥式电路的输出电压。

由于流体107的流动热发生体120附近的温度分布改变，位于热发生体120上游和下游的温度传感器两端产生温度差。示于图4的传感器输出电路检测电压差或阻抗差。温度传感器121A和121B之间的温度差正比于流体107的流动速度。如果传感器输出电路检测的通道截面平均流动速度或速率和温度差的关系，即电压差或阻抗差预先校准，实际的通道截面平均流动速度或速率可以从电压差或阻抗差测量。流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116的结构不限于上面描述的实施例，可有各种变化。周围环境温度检测装置116安置在能检测流体温度不受热发生体120不利影响的位置。

根据上面描述结构的传感器100，基底124的外围部分粘接到通道形成部件102上表面作为厚的固定部分124A。基底124的中心部分形成有薄膜结构的薄膜片部分124B。流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116在不与流体107接触的薄膜片部分124B的表面形成。因此，不像示于图17A和17B常规的流量传感器，平板6不需要与基底4接触-粘接。

根据流量传感器100，即使由于流体107的压力变化薄膜片部分124B弹性形变，流量传感器100没有剥落发生。与示于图17A和17B常规的流量传感器1比较，减小了压力对传感器流动速度和流动速率特性的影响，因此流量传感器100在长的时间段维持稳定状态。特别，因为零点漂移很小，能获得高的精度，改进了传感器的可靠性，耐久性。

因为基底124由厚的固定部分124A和薄膜片部分124B整体形成，即使由于流体107的压力变化薄膜片部分124B弹性形变时，固定部分124A的固定端的位置不改变。

下面描述第二实施例的传感器。

图5显示第二实施例的流量传感器，图6显示流量传感器的基底。在第二实施例中，本发明适用于所谓首级型(header type)的传感器。

首级型的流量传感器中，传感器芯片154外部插入，并固定在流体107流动通过的管道151壁上形成的传感器固定孔152上，并由焊接或O形环，螺栓等固定。托架153和传感器芯片154形成盒子。印刷板155置于盒子中。

托架153由不锈钢形成有两端开口的圆筒形，外部固定在传感器固定孔152上。法兰盘153A与管道151的外表面粘接，传感器芯片154与的托架153的内端面粘接，即在法兰盘153A相反一边的托架153的开口端面。

传感器芯片154有由不锈钢或其它材料制成的基底156，与上面描述的第一实施例相同方式。基底156粘接托架153的内端面，密封的覆盖管道151的固定孔152。第一和第二凹口157A和157B在基底156的表面156a上形成。这是在托架153一边。基底156的表面156b形成与在管道151中流动的流体102获得接触的接触表面，这是在与表面156a相反一边。

根据第二实施例的传感器，因为基底156直接附着在管道151的传感器固定孔152上，不需要通道形成部件。因为基底156容易的附着在有大直径的管道上，所以可测量大流动速率。

形成凹口157a和157b的基底156部分形成有薄膜片的薄的部分156B1和156B2。基底156的余下部分形成固定部分156A，它与托架153的内端面粘接。

第一凹口157a完全在基底156的中心形成，第二凹口157b在第一凹口157a的上游形成。电绝缘膜113在第一和第二凹口157a和157b的底面形成，流动速度检测装置125和周围环境温度检测装置134在上面形成。更特别的是，在第二实施例中，形成两个凹口157a和157b，阻止周围环境温度检测装置134受到由流动速度检测装置125的热发生体120(图1)产生热量的不利影响，流动速度检测装置125和周围环境温度检测装置134分别安置在凹口157a和157b。从强度(压力阻抗)的观点，凹口157a和157b最好是直径为1mm到3mm的圆形，但也可是任何其它形状。

传感器芯片154可用与上面描述的第一实施例相同的形式构成。在此情况下，在分别位于凹口157a和157b的底部的薄膜片部分156B1和156B2的上表面形成图案时，投影校准器和直接写单元用于光刻。可选择的，电阻器和导电器的图案用喷印系统直接形成。

根据第二实施例的修改，如图7所示，一个口157在基底156的中心形成，在固定部分156A上形成周围环境温度检测装置134。用此结构的流量传感器150，明显的得到如上面描述的第一实施例的相同效果。

下面描述第三实施例的流量传感器。

图8A和8B显示本发明第三实施例的流量传感器。

根据第三实施例的流量传感器，组成传感器芯片160的基底由不锈钢管道161组成，管道161的中心孔用作为流体102的流动通道103。

因此，不需要上面描述的第一实施例的流体通道形成部件102的，传感器芯片本身也作为通道形成部。换言之，传感器芯片160的传感器芯片和通道形成部件与管道161整体地形成。管道161不限于有圆形截面的，也可是有非圆形截面的，如椭圆形、矩形截面的。

管道161有在外表面的经度方向的中心部分形成的凹口164。在凹口164和管道161内表面之间小厚度部分形成薄片部分165。凹口164用以下方法构成，刻蚀，最后的研磨或压力的机械方法，或这些技术的组合。

在相反一面，与流体102接触的薄片部分165的表面是镜面抛光的、覆盖电绝缘膜113的。在电绝缘膜113的上表面的中心，由已知的薄膜形成技术，在传感器芯片上表面的中心，构造流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116，它包括大量的电极垫114和与示于图2相同作为布线的薄金属膜115。管道161由绝缘体如陶瓷材料组成时，不需要电绝缘膜113。周围环境温度检测装置116安置在温度检测的最佳位置，或可以由外部传感器代替。

在具有以上结构的传感器芯片160中，管道161用作为通道形成部件和传感器芯片的基底。因此，无粘接部分存在，所以流体102不泄漏，部件数量可进一步减少，因此可以构造高可靠性的流量传感器。

基于流体压力变化产生的传感器芯片的流动速度或流动速率的特性改化很小。这样，传感器测量的精度，再现性，可靠性和耐久性改善了，使制造可减少部件数量。

下面描述本发明第四实施例的流量传感器。

图9显示本发明第四实施例的流量传感器，图10显示传感器芯片。参考图9和图10，省略了与第一实施例流量传感器(图1)相同的描述部分。

与第一实施例流量传感器相同的形式，传感器主体102由不锈钢金属板制成。传感器主体102有从上表面中心整体凸出的凸出部分102A，两个通孔109和110，它与传感器芯片103的凹口106一起形成测量目标流体107(下面也称为流体)的通道108。通孔109和110形成穿透的孔洞。通孔109一端的开口和通孔110一端的开口在接近凸出部分102A经度方向的两端打开，通孔109另一端的开口和通孔110另一端的开口在传感器主体102的底面打开。

传感器芯片103形成有传感器主体102的凸出部分102A完全相同大小的矩形板。传感器芯片103在它的底面中心有凹口106，因此上面形成凹口106的传感器芯片103的表面形成薄膜片部分128B。围绕薄膜片部分128B的厚的固定部分与凸出部分102A的上表面用YAG激光焊接或其它方法粘接。

薄膜片部分128B厚度约为50μm到150μm，在上表面中心有流动速度检测装置112(下面描述)。凹口106在传感器芯片103经度方向椭圆形延长，在两端与通孔109和110交流。与通道108相反的传感器芯片103的上表面是镜面抛光的，在上面提供流动速度检测装置112。

作为传感器芯片103的材料，有比硅低的热传导和高热阻抗，和高抗蚀，和高硬度的材料，特别使用不锈钢。用普通熔化提炼制造的一般用途的不锈钢原料有许多杂质和缺陷，产生大量的气体，缺少清洁度，这不适合作为用于半导体制造设备或此类的流量传感器100的芯片材料。

根据本发明，根据特殊的熔化法再熔化制造的不锈钢原料，普通熔化提炼制造的不锈钢原料能用作芯片材料。

根据特殊的熔化法制造不锈钢原料的方法包括两种类型，这是，

(1)真空感应熔炼的高真空熔化(VIM)和其后的真空电弧熔炼(VAR)，

(2)电渣熔铸法熔炼和铸造(ESR)

按照VIM，由普通空气熔化炉熔炼和铸造的钢块用VIM炉再熔炼，注入铸造铸型，这样制造钢块。按照VAR，，在消耗电极和在铸造铸型中熔化的钢之间在真空状态的水冷铜铸造铸型中产生电弧。电极由产生的热再熔化，熔化的钢在铸造铸型中连续的固化，这样制造钢块。按照ESR，由熔渣的热阻抗熔化在冷却铸造铸型中的电极材料时制造钢块。根据这些特殊的熔化法，因为钢熔化时与空气隔离，获得高的去气效应，因此去除任何的氧化型内含物(粒子)。结果，特殊的熔化法的特征表现为构成高清洁，高质量的钢原料。

由特殊的熔化法制造的钢块用锻造而不是轧制形成预先确定厚度的不锈钢原料。获得的不锈钢原料切成预先确定的大小。切割片的上表面103a镜面抛光，在它的底面103b中心形成凹口160，这样制成如上所描述的不锈钢传感器芯片103。

如果传感器芯片103的薄膜片部分128B的厚度是50μm或更少，强度减小，这不是最好的。如果薄膜片部分128B的厚度是150μm或更多，传感器芯片103的厚度方向的，即流体107和流动速度检测装置112之间热传导性减小，平行于传感器芯片103表面方向的热传递量(热损失)增加，这不是最好的。

电绝缘膜117在传感器芯片103的整个上表面形成。由已知的薄膜形成技术，在电绝缘膜117的上表面形成流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116，它包括六个电极垫114(114a到114f)和作为布线的薄金属膜115。例如，由在电绝缘膜117沉积材料如鉑并刻蚀成预先确定的图案，构成流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116。通过作为布线的薄金属膜115，流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116与电极垫114电连接。

下面详细描述流动速度检测装置112和周围环境温度检测装置116。

流动速度检测装置112由一个热发生体120(电阻加热器)和两个温度传感器121A和121B组成，形成非直接加热型的流动速度检测装置。热发生体120完全置于薄膜片部分128B的中心。两个温度传感器121A和121B置于流体107流动方向位于热发生体120的上游和下游。

周围环境温度检测装置116用于补偿周围环境温度的变化，即流体107的温度。周围环境温度检测装置116置于薄膜片部分128B的上游和外围。注意周围环境温度检测装置116的位置不限于上游一边，而可以是下游一边，传感器芯片103宽度方向的任一边，或在薄膜片部分128B上。热发生体120的图案宽度最好约为10μm到50μm，温度传感器121A和121B和周围环境温度检测装置116的宽度最好约为5μm到10μm。此外，薄膜片部分124B和围绕它的厚的固定部分124A分别形成，也可由热扩散粘接或激光焊接整体。

电绝缘膜117由二氧化硅薄膜(Si₂O)，氮化硅膜，氧化铝膜，聚酰亚胺或其它此类形成，其厚度约1μm。二氧化硅膜由溅射法，CVD，SOG(spin on glass)或其它此类方法形成。氮化硅膜由溅射法，CVD或其它此类方法形成。因为传感器芯片103由上面描述的特殊熔化法制造的不锈钢原料制成，电绝缘膜117的厚度可减小到约1μ或更少。更特别是，电绝缘膜117由真空感应熔炼的制造，由普通熔炼，继续再由真空电弧熔炼的不锈钢原料制成。由特殊熔化法制造的不锈钢原料有高的清洁度，低的杂质粒子和比通常不锈钢原料少的针孔，所以能形成均匀的电绝缘膜。

因此，电绝缘膜117要求不超过保证介电击穿电压的最小厚度。换言之，杂质粒子和缺陷很少，电绝缘膜的厚度可减小。例如，形成在击穿电压100V到500V范围内薄的电绝缘膜117。在传感器芯片103和导体构成的流动速度检测装置112之间，几百MΩ或更高的绝缘是可靠的。

安置在传感器主体102的印刷电路板105通过隔离圈104，在它的中心有大于薄膜片部分128B圆孔，在它的上表面用印刷法形成大量布线图案127构成信号处理电路。传感器芯片103的电极垫114通过连接线(图中没有显示)与布线图案127电连接。隔离圈104如传感器主体102同样的方式，由不锈钢，氧化铝，合成树脂或其它此类制成。隔离圈104用螺钉，黏合剂或其它固定于传感器主体102。

下面描述第五实施例的流量传感器。图11显示本发明第五实施例的流量传感器。

第五实施例的流量传感器是称为首级型的流量传感器。外部插入首级型的流量传感器130并装配在流体107流动通过的管道151的壁上形成的传感器固定孔132上，并用焊接固定。传感器主体133、传感器芯片134、附着板135形成盒子，印刷板155置于盒子中。

传感器主体133由不锈钢金属板组成两端开口的圆筒，它对着管道131内部的下底面开口由传感器芯片134封闭。传感器芯片由厚度为约50μm到150μm的不锈钢薄片形成。，传感器芯片134的外围部分用YAG激光焊接或其它此类方法与传感器主体133的开口底面粘接，粘接部分形成薄膜片部分134A。根据上面描述的第四实施例的流量传感器相同的方式，电绝缘膜117在与流体107接触的相反一面的薄膜片部分的表面形成。非直接加热型流动速度检测装置112包括一个热发生体(阻抗加热器)和两个温度传感器，电极垫114，作为布线的薄金属膜，周围环境温度检测装置116在电绝缘膜117上形成。

作为传感器芯片134的材料，由普通熔化提炼制造的不锈钢原料用作以下方法得到的不锈钢原料，(1)真空感应熔炼的高真空熔化(VIM)和其后的真空电弧熔炼(VAR)，或(2)电渣熔铸法熔炼和铸造(ESR)，这如上面描述的第四实施例的传感器芯片103相同的方式。周围环境温度检测装置116置于能检测流体的温度不受从热发生体热量的不利影响的位置。

在印刷板136上形成布线图案，通过作为布线的薄金属膜和用布线连接的电极垫或其它，流动速度检测装置112和置于周围环境温度检测装置134的周围环境温度检测装置116与布线图案粘接。布线图案连接引脚138作为外部连接。附着板135在传感器主体133的上表面整体形成，它的周围部分焊接到管道131的壁上。可选择的，附着板135可用螺栓或像用O-环连接。传感器主体133和传感器芯片134整体形成。

有以上结构的首级型的流量传感器，传感器芯片134也用不锈钢原料制成，此不锈钢原料用电渣熔铸法再熔炼由普通熔化提炼法提炼、浇铸的钢块制造。因此，传感器芯片134的杂质粒子和缺陷很少，所以电绝缘膜117的厚度可减小。明显的，可获得以上描述的第四实施例同样的效果。

下面描述第四和第五实施例的流量传感器的运行和效果。根据第四和第五实施例的流量传感器的任一个，随着高的产量，电绝缘膜的厚度可适当减少，因此改进了灵敏度和响应特性。

通常，在流量传感器的传感器芯片中，用照像印刷和刻蚀在基底的一个表面上制造温度检测装置。通常使用硅，玻璃或其它类似的作为基底的材料。如果要求抗蚀性和机械强度，使用不锈钢或其它类似材料形成的金属基底。在这种情况下，传感器芯片是导体时，用绝缘膜形成方法在上面形成电绝缘膜，随后在电绝缘膜上形成由导体构成的流动速度检测装置。第四和第五实施例特别关系到使用不锈钢传感器芯片的热流动传感器。

为了在用不锈钢基底表面通过电绝缘膜形成流动速度检测装置，通常，由等离子CVD形成电绝缘膜如，二氧化硅薄膜或氮化硅膜，用照像印刷和刻蚀在电绝缘膜上构成流动速度检测装置。一般用途的不锈钢原料作为基底材料里面有许多杂质(粒子)如，Al₂O₃，SiO₂，和缺陷(针孔)，缺少清洁度。为了制造有高产量和高介电击穿电压的传感器，电绝缘膜必须厚。

如上所描述，在流量传感器中，其流动速度检测装置构造在不锈钢传感器芯片上，用等离子CVD，电绝缘膜在基底表面形成，用照像印刷和刻蚀，流动速度检测装置在电绝缘膜上构造。通常，因为电绝缘膜有低的热传导，在传感器芯片和流动速度检测装置之间电绝缘允许的范围中，最好做得尽可能的薄。然而，由一般用途的不锈钢(如，SUS304-或基于SUS316-的不锈钢)制成的传感器芯片有许多杂质粒子和缺陷。为了改进传感器芯片和通过电绝缘膜在它上面构造的流动速度检测装置之间的绝缘，电绝缘膜必须厚。在热流量传感器情况中，电绝缘膜厚度增加时，在厚度方向的热传递效率降低，热容量增加。因此，不能改进传感器的灵敏度和响应特性。

根据第四和第五实施例，根据特殊的熔炼，由再熔炼和铸造制造的不锈钢原料，用普通熔化提炼制造的钢块能用作为传感器芯片的材料。这样，来自传感器芯片的杂质粒子和缺陷很少。在传感器芯片上表面形成的电绝缘膜做得薄到厚度约为1μm或更少。因此，在厚度方向传感器芯片的热传递效率改进。热容量减小，所以，改进了传感器的灵敏度和响应特性。可以提供特别适用于半导体制造设备和超高真空设备的流量传感器。

下面描述本发明的第六实施例的流量传感器的制造方法。

在第二到第五图实施例中描述的流量传感器也用同样的制造方法。

图12A到图12G显示本发明第六实施例的流量传感器的制造方法。

图13A到图13G显示流量传感器的传感器芯片部分的制造方法。

首先，准备厚度约为0.3mm到3mm的不锈钢基底材料(基底)(以下称为薄片)250(图12A)，它的表面250a是镜面抛光的(图12B)。

随后，在薄片250上形成大量的薄的部分250A，厚的部分250B，和凹口250C(图12C)。即，由半腐蚀，研磨或此类方法形成通道。各薄的部分250A和厚的部分250B形成在第一图实施例中描述的基底薄膜片部分250A和固定部分250B。各凹口250C形成通道凹口106。在薄片250的底面形成凹口250C时，同时形成薄膜片部分250A。

由照像印刷和刻蚀或研磨构成凹口250C。使用照像印刷和刻蚀时，首先，用旋转涂加，抗蚀剂施加在薄片250的整个底面250b，用紫外线(或电子束)照射抗蚀剂涂加表面250b，在抗蚀剂上转换和爆光模板图案。然后，用显影液显影爆光的抗蚀剂，去除不需要的抗蚀剂部分。根据爆光部分去除还是保留选择正的或负的抗蚀剂。薄片250爆光抗蚀剂去除部分，，爆光的薄片部分用湿刻蚀或乾刻蚀去除到薄的部分250A厚度约50μm到150μm。

随后，分离和去除余下的抗蚀剂，清洗薄片。这样，完成薄的部分250A和通道凹口250C的构造。在湿刻蚀情况中，薄片浸入到刻蚀液中，或刻蚀液洒在薄片上，因此抗蚀剂溶解。在乾刻蚀情况中，薄片250的底面用溅射法或等离子体的电子或离子照射，因此抗蚀剂一点一点的去除。

随后，在薄片250的整个表面上，由二氧化硅薄膜，氮化硅膜，氧化铝膜，或由它们组合的多层膜形成电绝缘膜213(图12D)。当电绝缘膜213是二氧化硅薄膜时，用溅射法，CVD或此类方法形成。

随后，由已知的薄膜形成技术，在覆盖各薄的部分250A的部分电绝缘膜213的上面构成流动速度检测装置212，，由已知的薄膜形成技术，构成电极垫114，作为布线的薄金属膜115和围绕它的温度检测装置216(图12E)。即，形成流量传感器。例如，构造流量传感器是：在绝缘膜213上表面沉积有大温度传导系数的金属如鉑，并执行上述的照像印刷和刻蚀，。

随后，用刻蚀，切割或此类方法分割成各个流动速度检测装置212，同时构成大量的传感器芯片251(图12F)。即，传感器用刻蚀，线切割或切割分开。在切割薄片250时，可在邻近厚的部分的中心切割。用此切割，薄片250形成示于图1的各基底124。大量的传感器芯片251以同样的方式同时从薄片250形成时，根据大量生产的原理，能制造有完全同样质量的传感器芯片，因此制造成本降低。

随后，传感器芯片251和有两个通孔209和210的通道形成部件202堆栈在一起(图12G)，并用激光焊接。示于图1的基底124相应于示于图12G的基底206。然后，相同于在图1显示的的印刷布线板105通过隔离圈104堆叠在通道形成部件202上，印刷布线板105的布线图案和电极垫114互相电连接，完成示于图1和图2的流量传感器100。

下面描述本发明第七实施例的流量传感器的制造方法。

图13A到图13C显示本发明第七实施例使用流量传感器的制造方法的部分制造过程。

制造方法只在薄片由两种基底材料相叠构成不同于第六实施例的制造方法。除此，第七实施例的步骤与第六实施例的相同。

首先，构成厚度约为50μm到150μm并上表面镜面抛光的薄的第一不锈钢基底材料260(图13A)。形成厚度约为0.3mm到3mm并有大量通孔261的第二平板的不锈钢基底材料262(图13B)。通孔261由刻蚀，最后研磨构成，或此类方法形成，每个用作为示于图1的流量传感器的通道凹口106。

随后，第一和第二基底材料260和262由扩散或此类方法粘接，构成有多层结构的薄片263。第一基底材料260的每个部分264，它相应于第二基底材料262的通孔261，形成示于图1的流量传感器100的基底124的薄膜片部分124B。

对扩散粘接，要粘接的粘接件的粘接表面互相紧密接触并在真空中加压加热，利用粘接表面之间产生的原子扩散，所以互相粘接。因此，不需要粘接材料，能获得高的侵蚀抵抗性。对扩散粘接，传感器芯片薄片部分的厚度变化也可减小。为了获得可靠的粘接，粘接的部件最好加热到合适的温度(约900℃到1300℃)。在这种情况下，第一和第二基底材料260和262用不锈钢构成，没有热膨胀系数不同产生的应力。

图13C的制造过程与图12D到图12G一样，因此在这里省略了描述。

下面描述本发明第八实施例的流量传感器的制造方法。

图14A到图14C显示本发明第八实施例流量传感器的制造方法中的一些步骤。根据第八实施例流量传感器的制造方法，示于图1的流量传感100的基底124由蓝宝石制成，通道形成部件102由不锈钢制成。

首先，准备厚度约为0.3mm到3mm有鏡面抛光表面270a的蓝宝石薄片270(图14A)。

随后，由激光，最后研磨，刻蚀，超声机械或此类方法在薄片270的底表面270b形成大量凹口270C，形成薄的部分270A和厚的部分270B(图14B)。即，形成流动通道。每一薄的部分270A厚度约为50μm到150μm。

流动速度检测装置212置于薄片270的各薄的部分270A的上表面，电极垫114、作为布线的薄金属膜115和周围环境温度检测装置216置于它的周围。这些部件由已知的薄膜形成技术构造，这是参考图12E描述的第六实施例的制造方法一样的，因此不再显示和描述。在此情况，蓝宝石薄片270作为绝缘材料，以上描述的电绝缘膜213不需预先在薄片270的上表面形成。在这方面，薄片270的构造不同于不锈钢基底124。

随后，薄片270用刻蚀，切割块，激光机械，或沿厚的部分270B的中心线切割和分开，形成大量的传感器芯片271，在薄片270上构造流动速度检测装置212、电极垫114、作为布线的薄金属膜115和周围环境温度检测装置216。各芯片271和有两个通孔209和210的通道形成部件202互相重叠(图14C)。粘接时，传感器芯片271的底面用钼，钨或此类材料的金属膜预先金属化，用铜焊粘接传感器芯片271与通道形成部件202。此后，与示于图1相同的印刷板105通过隔离圈104安置在感器芯片271的上表面，印刷板105的布线图案127与电极垫114互相电连接，这样，完成蓝宝石流量传感器。

下面描述本发明的第九实施例的流量传感器的制造方法。

图15A到图15C显示扩散粘接的流量传感器的制造方法中的一些步骤。

根据第九实施例的制造方法，首先，用示于图13A到图13C的制造方法(图15A)一样的方式，构造厚度约为50μm到150μm并有镜面抛光上表面的第一薄的蓝宝石基底材料274。构造厚度约为0.3mm到3mm并有大量通孔275的像平板的第二蓝宝石基底材料276(图15B)。通孔275用激光机械，刻蚀，最后研磨，超声机械或此类方法形成，每个用作为示于图1的流量传感器的通道凹口106。

随后，第一和第二基底材料274和276由扩散粘接或此类方法粘接，准备有多层结构的薄片277(图15C)。第一基底材料274的每个部分，它相应于第二基底材料276的通孔275，形成示于图1的流量传感器100的基底124的薄膜片部分124B。

根据此制造方法，因为第一和第二基底材料274和276由蓝宝石组成，没有热膨胀系数不同产生的应力。对扩散粘接，要粘接的粘接件的粘接表面互相紧密接触并在真空中加压加热，利用粘接表面之间产生的原子扩散，所以它们互相粘接。因此，不需要粘接材料，获得高的侵蚀抵抗性。

下面描述本发明第十实施例的流量传感器的制造方法。图16A到图16C显示本发明第十实施例流量传感器的制造方法中的一些步骤。在第十实施例流量传感器的制造方法中，示于图1的流量传感器100的基底124和通道形成部件102由陶瓷材料组成。

首先，准备薄片的煅烧模280(图16A)。为了准备陶瓷薄片283，陶瓷粉或临时浇铸的陶瓷部件281注入煅烧模280。然后煅烧模280送入煅烧炉282并在预先确定的温度预先确定的时间加热和煅烧(图16B)。即，由陶瓷煅烧构造有通道的薄片283。薄片283厚度约为0.3mm到3mm，并有大量薄的部分和厚的部分283B和凹口283C。每一薄的部分283A厚度约为50μm到150μm。可选择的，用压力不用煅烧模280的陶瓷部件281可直接在煅烧炉282煅烧而准备薄片283。

随后，薄片283的表面是镜面抛光的。此后，流动速度检测装置212置于各薄的部分283A上，电极垫114、作为布线的薄金属膜115和周围环境温度检测装置216置于它的周围。这些部件参考图12E描述的完全一样的方式构造，图12E显示以上描述的第六实施例的制造方法。因此不再显示和描述。在此情况，蓝宝石薄片283如上面描述的蓝宝石薄片一样作为绝缘材料，在上面不需要预先形成电绝缘膜113。

随后，用切割块，或沿厚的部分283B的中心线切割和分开薄片270，形成大量的传感器芯片284(图16D)，在薄片283上构造流动速度检测装置212，电极垫114，作为布线的薄金属膜115，和周围环境温度检测装置216。再互相重叠的各部分用钼，钨的金属膜或此类材料金属化后，用铜焊和此类方法互相粘接各传感器芯片284和有两个通道孔209和210的通道形成部件202。通道形成部件202由陶瓷材料组成。因此，以如薄片283相同的方式，由加热和煅烧构造薄片，其后用切割块或此类方法切割和分开，这样形成通道形成部件202，可选择的，通道形成部件202可用普通的机械方法构造。

此后，印刷板105与示于图1的流量传感器一样通过隔离圈104安置在传感器芯片284的上表面上面，印刷板105的布线图案127与电极垫114互相电连接，这样完成陶瓷流量传感器。

在第六到第十实施例描述的任一个流量传感器的制造方法中，基底材料可是不锈钢，蓝宝石，陶瓷材料的任一种时，由切割和分开单个薄片为小片，能同时构造大量均匀质量的传感器芯片251、271或284。因此，有批量处理的大量生产可能降低制造成本。

本发明完全不限于上面描述的实施例，可有各种变化和修改。例如，需要时基底材料124和通道形成部件202可以改变。基底材料124和通道形成部件202可用螺栓或通过密封件如O型环互相粘接，或通过黏合剂此类材料互相黏合。在通道形成部件202上形成的通孔209和210不限于穿透孔延伸通过通道形成部件202的上表面和下表面，而可以是L孔形延伸通过通道形成部件202的上表面和下表面。在形成通道凹口106后，基底材料的表面可镜面抛光，凹口106的形状不限于椭圆形。传感器芯片的制造不限于根据批量处理的大量生产，传感器芯片可一个一个的构造。

下面描述显示在第六到第十实施例的流量传感器制造方法的运作和效果。

常规的，此类流量传感器主要用于非腐蚀气体，近来也研制了可用于液体或腐蚀气体的传感器。例如，大家知道日本专利公开No.7-159215公布了大流量的流量传感器。根据此大流量流量传感器，硅基底与形成流体流动通道的玻璃基底粘接，得到与通道的接触。流动速率检测加热器置于通道另一边的硅基底的表面。在大流量的流量传感器中，当加热器不能得到与流体直接接触时，可阻止由流体引起的加热器的退化，在长期使用后可维持好的检测特性。

然而，在常规的大流量的流量传感器中，测量目标流体的通道是用硅基底和玻璃基底构造的。当大流量的流量传感器用于半导体制造设备或此类设备时，因为液体或腐蚀气体腐蚀硅基底和玻璃基底而不能用。硅基底有高的热传导性。由于加热器的加热整个表面温度变得均匀时，不容易产生由于流体的流动加热器上游和下游之间的温度差，因此检测灵敏度减低。此外，为了减小热容量，形成的硅基底比玻璃基底小，凸出玻璃基底上，这样两个基底之间形成台阶。在后面的制造过程中这使处理和制造变难。例如，有关制造的难易度，由于用照像印刷和刻蚀，去掉除了覆盖硅基底的通道部分外的不需要的部分，硅基底做得比玻璃基底小。这样，加了照像印刷和刻蚀两步。

根据第六到第十实施例任一个流量传感器的制造方法中，用批量处理的大量生产的原则制造大量的传感器芯片，因此，制造可能容易而制造成本降低。根据此制造方法，可最初的由批量处理制造从单体做成的芯片。特别是，根据大量生产的原则，用批量处理能制造有均匀质量的大量传感器芯片。这样，能改善生产力，能减少制造成本。

当基底和通道形成部件由不锈钢、蓝宝石或陶瓷材料组成时，可构造有高的热阻抗和高的抗蚀性的流量传感器，也可应付液体或腐蚀气体的测量。特别是，不锈钢非常适合于抗蚀性，可工作性，热传导，硬度的要求。如果抗蚀性必须特别高，蓝宝石是适合的。因为流动速度检测装置不去与流体直接接触，能提供有高可靠性和高耐久性的传感器。

用根据本发明的流量传感器，因为由流体压力变化引起的流动速度和流动速率特征变化很小，能改善传感器的测量精度，再现性，可靠性，耐久性。

对本发明的流量传感器，根据特殊熔炼法，再熔炼和浇铸普通熔炼的钢块准备的不锈钢原料可用作传感器芯片材料，这样，传感器芯片的杂质粒子和缺陷很少。在传感器芯片上表面形成的电绝缘膜做得薄到约1μ或更少。因此，传感器芯片在厚度方向的热传递效率改善，热容量减小，所以传感器的灵敏度和响应特性改善。能提供特别适用于半导体制造设备和超高真空设备的流量传感器。

用本发明的流量传感器的制造方法，最初可由成批量处理构造从单体做成的传感器芯片。特别，根据大量生产的原则，用成批量处理能制造大量质量均匀的传感器芯片。这样，能改善生产力，能减少制造成本。当基底和通道形成部件由不锈钢，蓝宝石，或陶瓷材料制造时，可构造有高的热阻抗和高的抗蚀性的流量传感器，也可应付液体或腐蚀气体的测量。特别是，不锈钢非常适合于抗蚀性，可工作性，热传导性，硬度的要求。如果抗蚀性必须特别高，蓝宝石是适合的。

因为流动速度检测装置不需与流体的直接接触，能提供有高可靠性和高耐久性的传感器。

Claims (5)

1.一种热流量传感器制造方法，包括步骤：

通过在基底(250)的底面(250b)形成至少一个通道凹(250C)，在基底(250)的表面(250a)一侧至少形成一个由薄的部分构成的薄膜片部分(250A)；

在与所述薄膜片部分(250A)相对应的所述基底的表面(250a)上形成至少一个流动速度检测装置(212)，以便构成至少一个传感器芯片(251)；

面对所述通道凹口(250C)，将通道形成部件(202)粘接在所述传感器芯片(251)上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述形成薄膜片部分包括步骤：

通过在基底(250)的底面(250b)形成多个通道凹口(250C)，在所述基底(250)的表面(250a)形成由薄的部分构成的多个薄膜片部分；

构成所述传感器芯片包括步骤：

在于所述多个薄膜片部分(250A)相对应的所述基底(250)的表面(250a)上，形成多个流动速度检测装置(212)；

将所述基底元件对应所述多个流动速度检测装置逐个分离，以便构成多个传感器芯片。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于形成薄膜片部分的步骤包括：

制造第一薄的基底，

制造有通道孔的第二平板基底，

叠置和扩散粘接第一和第二基底。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基底由不锈钢制成，在基底上表面形成电绝缘膜。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基底从不锈钢，蓝宝石和陶瓷材料的组中任选一种制成。

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