Research and fabrication of hot-film flow sensor chip based on MEMS

基于托马斯(Thomas)流量计原理,研制了热膜式流量传感器芯片.该敏感元件采用MEMS工艺,制作出了3 μm厚度的带固支边的敏感膜结构,在膜上设计有一只加热电阻器和一组微型热敏电阻器.通过工艺研究,解决了膜上Pt电阻与基底的热匹配问题,并将该芯片应用于汽车进气流量传感器研制中.测试结果表明:使用该芯片流量传感器的测量准确度为1％FS,满足发动机系统使用要求.     

微量程段的热式气体质量流量传感器研制

研制了一种微量程段的热式气体质量流量传感器.传感器芯片通过微机电系统(MEMS)工艺制备,芯片包括上下游测温电阻器和环境电阻器,其中测温电阻器有4只,对称分布在芯片中央位置,构成惠斯通电桥,芯片工作中采用恒压模式驱动.当气体流过芯片表面时,会导致检测电桥不平衡,流量信号变化转换为相应的电压信号.通过实验标定了传感器的输出曲线并对传感器的精度进行了测试,测试结果表明:研制的传感器在流量0 ～5 mL/min的量程范围内,具有响应速度快、精度高的优点.     

基于玻璃的流量传感器的研究

提出一种基于玻璃的空气质量流量传感器,该传感器具有制造工艺简单、测试范围宽和抗流体冲击能力强的特点。通过CFD软件模拟了传感器芯片在各种情况下的温度场分布,得到了流速与芯片上下游温差的关系曲线,理论分析表明基于玻璃的流量传感器最大流可测速可达10m/s。采用半导体工艺制备了基于玻璃的流量传感器,通过测试得到了芯片的输出信号电压和流速的关系曲线,在流速范围为0～10m/s时,输出信号电压没有出现饱和现象。当芯片表面掠过流速为10m/s时,测得芯片放大信号电压可达1.51V。     

全集成式流量传感器

<正> 我们首次研制出恒定芯片温度(CCT)式集成流量传感器后进行了有关该传感器的性能改善和实用化方面的工作。本文介绍把外接电阻和取样电阻等外接元件均集成在一个芯片上的全集成式流量传感器。 CCT型流量传感器共三大部分(在同一芯片上),其中A表示运放。流体流过芯片     

热释电红外传感器专用控制芯片的设计

文章阐明了一种采用0.6μm1P1MCMOS工艺的热释电红外传感器专用控制芯片的设计。该芯片在[4.0V,6.0V]内稳定工作,具有较高的电源抑制比和较低的温漂,并且作了抗噪声和抗交流电源干扰处理。这种控制芯片用于接收、放大、处理、控制热释电红外传感器信号,应用前景十分广阔。     

采用倒封装技术的硅热风速传感器封装的研究

本文给出了一个采用倒封装技术实现的硅热风速传感器的封装结构.该传感器使用铜柱凸点技术,倒装于薄层陶瓷上.利用陶瓷的导热性能实现传感器芯片的加热元件和环境风速的热交换,同时陶瓷又起保护和支撑传感器芯片的作用.测试结果表明,封装后的传感器具有良好的性能.     

基于STM32的膜材料完整性测试仪设计

针对现有完整性测试仪的弊端,设计了一种全自动膜材料完整性测试仪。该仪器通过检测压力和流量传感器的反馈信号,以STM32嵌入式系统芯片作为主控制器,采用闭环PI控制方法,驱动电磁阀开关阀和电磁调节阀动作,实现系统内压力和流量的精确控制。详细阐述了完整性测试理论和测试仪控制系统的软硬件实施方案。实验结果表明:该设计所测泡点压力介于高精度的扫描电子显微镜和孔径分析仪测试结果之间,结果精确,扩散流速可以通过流量传感器测得。     

一种适合于电容式气敏传感器的加热膜

覆着气敏层的叉指式电容适于用微电子技术使气体传感器集成化,它们能通过安装在加热膜上而使其温度稳定,但通常都面临着通过该加热膜对大面积传感器的有效温度梯度的问题。介绍了在加热膜上能保证近乎均匀温度分布的加热器配置,用于估计方形膜加热功耗的分析方法和有限元模拟法。试验芯片已被设计和制造,其制作过程完全符合于标准的两极工艺。     

集成微流体测控芯片的研制

设计、研制了集成有微泵、微沟道、微流量传感器、温度传感器的微流体测控芯片.采用有限元软件ANSYS模拟分析了将其作为冷却芯片时微沟道的散热作用,分析确定了芯片上各元件的结构.该集成芯片为硅-玻璃结构,在硅片上,利用ICP法刻蚀无阀微泵泵体和微沟道;在7740玻璃片上,以溅射、剥离法制作微流量和温度传感器;图形精确对准后硅/玻璃以静电键合方法封接.无阀微泵采用压电元件驱动.测试结果表明:集成芯片具有冷却功能,循环水的流速最大可达25.4mm/s.     

热超声倒装键合机视觉定位系统的设计与实现

通过对芯片热超声倒装键合工艺过程的研究,结合国内外热超声倒装键合设备发展的现状,研制了一台用于芯片的热超声倒装键合机。     

用<111>硅的自停止腐蚀方法制作硅膜

利用各向异性腐蚀和键合工艺,提出了一种新的自停止腐蚀方法,该方法可以得到大于1μm厚的均匀硅膜,可用于微传感器研制。     

微型热式液体流量传感器的设计

设计了新型的微型热式液体流量传感器。它将测热式工作原理和热膜式工作原理结合起来,在精确测量小流量的同时,兼具较大的动态测量范围。该传感器利用MEMS工艺,在两层聚对二甲苯横膈膜中制作出极细的铂电阻丝,通过测量铂电阻丝随温度的变化来获得流量的信息。阐述了传感器的测量原理和微加工工艺流程,并对工作模式进行了流场温度场仿真,对该传感器的进一步优化提供了参考。     

压力传感器温度漂移补偿的一种新方法

提出了一种用于压力传感器的温度漂移补偿新方法。该压力传感器中包含了两个灵敏度不同的敏感电桥，它们被制作于同一芯片不同厚度的膜片上。所采用的一种电阻设置新形式，可有效节省芯片面积。通过双桥间的互补，同时消除了压力传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移，文中给出了温度漂移补偿的具体算法及相应的实验结果。     

热隔离式MEMS气体质量流量传感器设计

研制了一种热隔离式微机电系统（ MEMS）气体质量流量传感器。加热电阻器和上下游测温电阻器采用热隔离悬梁式结构,间隔240μm。对恒温差电路的设计要点进行了分析并制作了系统电路。测试拟合了传感器输出电压随气体流量的关系曲线,并对传感器进行了标定。测试结果表明：在0～20 L/min的流量范围内,传感器响应速度快,灵敏度高,输出信号平滑,适合于工业及医疗等领域。     

微管道内的剪应力传感器

制作了一个微管道内的剪应力传感器,该传感器通过热传递的原理工作.采用硅微加工技术制作微管道,在玻璃上通过溅射方法形成钛铂合金热膜,最后将两者键合封装,形成埋置了热膜的封闭微管道.测量了热膜的电阻温度系数,确定了热膜处于不同输入功率下的过热比.对该剪应力传感器进行了方波实验,确定其工作在不同过热比下的时间常数.对传感器进行实验标定,得到不同进出口压差下,微管道内的壁面剪应力大小.     

适用于低流速的恒温式液体流量传感器

给出一种能在低流速范围有较高灵敏度的液体流量传感器。在测量水的情形下,当流速为1cm/s时传感器的输出可达30mV,该灵敏度比类似条件下氮气敏感的灵敏度高约一个数量级。该传感器利用维持芯片温度恒定所需的加热功率的变化作为流速的量度。它由标准的铝栅CMOS工艺制成。     

基于MEMS工艺的SOI高温压力传感器设计

利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接.对封装的敏感芯片进行高温下的加压测试,高温压力测试结果表明,在21℃(常温)至300℃的温度范围内,传感器敏感芯片可在压力量程内正常工作,传感器敏感芯片的线性度从0.9 985下降为0.9 865,控制在较小的范围内.高温压力下的性能测试结果表明,该压力传感器可用于300℃恶劣环境下的压力测量,其高温下的稳定性能为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考.     

基于SON构造的电容式绝对压力传感器设计

针对空洞层上硅工艺在制作高质量的单晶硅感压膜和真空密封腔上的优势,提出了将其应用于制作电容式绝对压力传感器。应用板壳理论建立了传感器压力检测的理论膜型,对传感器的感压膜进行理论计算和有限元仿真,并利用电容变化模型分析了传感器的灵敏度。给出了基于Pcap01芯片的微电容检测系统的设计,对于半径为100μm,厚度为1. 7μm的圆形感压膜,初始电容值为0. 278 p F,传感器灵敏度为0. 86 f F/k Pa。     

微梁结构热偶微波功率传感器芯片的制作工艺

在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特性的一个重要参数，微波功率测量已成为电磁测量的重要部分，可应用于很多场合，如发射机输出功率（包括天线系统辐射的功率）和振荡器输出功率的测量，毫瓦计的校准，标准信号发生器的校准等。微波功率传感器是微波功率计探 头中的核心元件。微染结构热偶微波功率传感器芯片选择具有低电阻温度系数的Ta2N和高热电功率塞贝克系数的Si作为热 材料，利用半导体工艺和MEMS工艺制作，并最终研制成合格的芯片，芯片具有尺寸小，功耗低，灵敏度高，频带宽等特点，简要介绍了芯片的结构原理，并详细介绍了芯片的制作工艺。     

高于室温环境的热式气体微流量传感器性能分析

为了探索平板微热管的传热特性,了解微热管内不同温度区间的蒸汽传输特性,开展了热式气体微流量传感器及其检测系统的设计。设计了一种便于探索最佳温度测量点的热式微流量传感器结构,利用MEMS工艺进行加工制作,在不同环境温度下对其性能进行了测试,得到了环境温度与热式微流量传感器性能的关系。基于MSP430单片机和C＃语言自主开发了流量传感器检测系统,可对一定范围内的流量进行实时检测,并实时绘制流速随时间的变化曲线。研究表明,采用本文设计的热式微流量传感器结构,可以检测高于室温环境下的微流量气体,并可通过提高加热器温度或改变测温电阻对的测量位置来提高测量灵敏度。