本發(fā)明涉及氣體流量檢測(cè)技術(shù)利用，具體涉及一種氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法。

背景技術(shù)：

1、“智能能源網(wǎng)”工程的推進(jìn)首先就需要實(shí)現(xiàn)水電氣等能源的智能化計(jì)量，組建智能能源網(wǎng)絡(luò)。而燃?xì)獾闹悄芑?jì)量就需要研發(fā)兼容物聯(lián)網(wǎng)的智能燃?xì)饬髁坑?jì)量傳感器。

2、基于熱溫差原理的mems傳感器利用氣體氣流流經(jīng)加熱電阻時(shí)會(huì)吸收熱量從而導(dǎo)致熱溫差的原理檢測(cè)氣流流量，由于氣體吸收的熱量大小是與其自身的比熱容(ch4含量高低)和質(zhì)量成直接的因果關(guān)系的，它檢測(cè)的是甲烷氣體的質(zhì)量流量，因而比傳統(tǒng)的體積流量檢測(cè)法更能準(zhǔn)確地反映出被用戶實(shí)際消費(fèi)的甲烷量，不會(huì)因受其體積膨脹、壓力變化、不同氣田的甲烷含量不同等因素的干擾而影響燃?xì)庥?jì)量的準(zhǔn)確度。而且基于這一原理的氣體質(zhì)量流量傳感器可以與mems技術(shù)相兼容，使其具有的體積小、重量輕、功耗低、可兼容物聯(lián)網(wǎng)、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。因此，它一經(jīng)提出就被燃?xì)夤I(yè)界認(rèn)為這是解決燃?xì)饩_計(jì)量，避免計(jì)量矛盾的一個(gè)理想檢測(cè)方案。

3、然而，一種新型傳感器的研發(fā)需要一套與之對(duì)應(yīng)的加工制作工藝方法，設(shè)計(jì)合理的制作工藝是保證mems傳感器檢測(cè)功能的基礎(chǔ)。同時(shí)，加工工藝方法也直接影響傳感器的加工成本和檢測(cè)精度。傳統(tǒng)的加工工藝為了降低傳感器的基底傳熱(降低基底傳熱對(duì)傳感器的檢測(cè)精度有重要影響)，通常是在基底表面鍍一層絕熱性較好的氮化硅薄膜，然而，引入氮化硅膜層之后，由于鉑電阻薄膜(傳感器的檢測(cè)元件)與氮化硅薄膜之間的結(jié)合力較差，為了解決結(jié)合力不強(qiáng)的問題，通常是在氮化硅膜和鉑電阻膜之間鍍一層鈦膜。然而，鈦膜的引入使得原本純凈的鉑電阻實(shí)際變成了鉑/鈦混合物。混合物會(huì)導(dǎo)致鉑電阻的電阻率和溫度系數(shù)變復(fù)雜，因?yàn)榛旌衔锏臏囟认禂?shù)和電阻率會(huì)因其組分的不同而不同，甚至兩種組分混合時(shí)各自滲透的位置不同也會(huì)導(dǎo)致溫度系數(shù)不同，比如：鈦層和鉑層界限分明時(shí)的溫度系數(shù)和二者相互有滲透時(shí)的溫度系數(shù)就不同。而不同批次加工的電阻膜，很難保證每次加工時(shí)的組分和滲透的位置都一樣，這就導(dǎo)致電阻的溫度系數(shù)和電阻率的重復(fù)性和一致性不高，而傳感器利用的正是測(cè)溫元件鉑電阻膜的電阻值與溫度之間的線性函數(shù)關(guān)系進(jìn)行熱溫差檢測(cè)的，而電阻值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系是由鉑電阻膜的溫度系數(shù)和電阻率決定的。因此，這兩個(gè)物性參數(shù)的重復(fù)性和一致性對(duì)傳感器的性能至關(guān)重要，尤其是溫度系數(shù)的影響更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種氣體質(zhì)量流量傳感器的加工方法，取代傳統(tǒng)的氮化硅絕熱工藝和鈦/鉑混合過渡膜層工藝，使電阻膜的成分變成純凈的鉑單質(zhì)材料，解決芯片電阻膜的溫度系數(shù)和電阻率等重要物性參數(shù)因膜層材料存在混合成分而導(dǎo)致的一致性和重復(fù)性差等問題，提升了傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法，包括：

3、提供底板；

4、在所述底板的頂面加工制作檢測(cè)元件和加熱元件以構(gòu)建檢測(cè)芯片，所述檢測(cè)元件制作在所述加熱元件的上游和下游以及氣體入口端；

5、提供蓋板，并在所述底板的底面和所述蓋板的一側(cè)表面加工制作一種凹槽結(jié)構(gòu)，然后將所述底板的凹槽結(jié)構(gòu)和所述蓋板的凹槽結(jié)構(gòu)相對(duì)安裝形成第一隔熱腔，然后密封以構(gòu)建第一熱隔離結(jié)構(gòu)；

6、提供蓋體毛坯，并在所述蓋體毛坯上加工制作氣體主流道和氣體輔助流道以構(gòu)建氣體流道，并制作第二隔熱腔以完成蓋體的制作；

7、將所述蓋體安裝于所述底板的頂面，然后將密封板安裝于第二隔熱腔的兩端并密封以構(gòu)建第二熱隔離結(jié)構(gòu)；安裝所述蓋體時(shí)，保障所述氣體流道覆蓋所述檢測(cè)芯片以構(gòu)建檢測(cè)單元；

8、提供清潔芯片基板，并在所述清潔芯片基板上加工制作清潔芯片；及

9、將所述清潔芯片安裝在所述蓋板背對(duì)所述底板的表面以構(gòu)建一種由所述清潔芯片、所述氣體主流道和所述氣體輔助流道所構(gòu)成的傳感器臟污自主清潔系統(tǒng)。

10、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)芯片和第一隔熱腔的加工工藝方法為：

11、提供并清洗底板待用；

12、在所述底板的頂面鍍聚酰亞胺膜制作第一聚酰亞胺膜層；

13、在所述第一聚酰亞胺膜層上勻涂第一光刻膠膜層；

14、通過曝光、顯影、濺射、剝離工藝在所述底板上制作檢測(cè)芯片電阻膜層；

15、在所述第一聚酰亞胺膜層的表面加工制作第一電引線膜和第一接線端；

16、對(duì)已制作完成檢測(cè)元件電阻膜、加熱元件電阻膜、電引線膜和接線端的檢測(cè)芯片進(jìn)行合金化處理；

17、在檢測(cè)芯片表面制作第二聚酰亞胺膜層覆蓋檢測(cè)元件電阻膜、加熱元件電阻膜和第一電引線膜所在的區(qū)域；

18、在底板的底面上進(jìn)行凹槽結(jié)構(gòu)的加工；

19、提供并清洗蓋板毛坯待用；

20、在蓋板毛坯表面進(jìn)行凹槽結(jié)構(gòu)的加工；

21、將所述底板的凹槽結(jié)構(gòu)和所述蓋板的凹槽結(jié)構(gòu)相對(duì)安裝形成所述第一隔熱腔，然后密封形成所述第一熱隔離結(jié)構(gòu)。

22、進(jìn)一步地，所述氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法，在底板表面鍍膜前設(shè)置了表面活化處理工藝；在完成所述底板的凹槽和所述蓋板的凹槽加工后，還設(shè)置了對(duì)底板的凹槽和蓋板的凹槽結(jié)構(gòu)中的密封處進(jìn)行打磨拋光的精加工工藝。

23、進(jìn)一步地，所述氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法，在所述底板的頂面加工制作檢測(cè)芯片時(shí)，設(shè)置了在所述檢測(cè)芯片上制作兩組相互間隔設(shè)置的檢測(cè)元件和加熱元件的工藝，使每組所述檢測(cè)元件制作在每組的所述加熱元件的上游和下游以及每組所述氣體流道的氣體入口端。

24、進(jìn)一步地，在所述蓋體上加工制作所述氣體流道和所述第二隔熱腔的工藝方法為：

25、提供蓋體毛坯，清洗并烘干；

26、配制濕法腐蝕液待用；

27、在不需要腐蝕加工的地方涂保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)，用配制的濕法腐蝕液在蓋體毛坯上對(duì)氣體主流道、氣體輔助流道和第二隔熱腔進(jìn)行腐蝕加工。

28、進(jìn)一步地，所述氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法，在所述蓋體毛坯上加工制作所述氣體流道時(shí)，還設(shè)置了對(duì)所述氣體主流道和所述輔助流道的流道壁面進(jìn)行打磨拋光的精加工工藝。

29、進(jìn)一步地，所述氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法，在所述蓋體毛坯上加工制作所述氣體流道時(shí)，設(shè)置了在所述蓋體上加工制作兩組所述氣體流道的加工工藝，安裝所述蓋體時(shí)，使兩組所述氣體流道分別覆蓋兩組檢測(cè)元件和加熱元件，可構(gòu)建兩組檢測(cè)單元，可將其中一組檢測(cè)單元用于氣體的小流量檢測(cè)，將另一組檢測(cè)單元用于氣體的大流量檢測(cè)。

30、進(jìn)一步地，所述氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法，加工所述蓋體時(shí)，還設(shè)置了在兩組所述氣體流道之間加工制作第二隔熱腔的工藝，加工制作完成兩組所述氣體流道和所述第二隔熱腔后，將包含所述第二隔熱腔的所述蓋體安裝于所述底板的頂面，并將密封板安裝于所述第二隔熱腔的兩端并密封以構(gòu)建第二熱隔離結(jié)構(gòu)。

31、進(jìn)一步地，所述氣體質(zhì)量流量傳感器加工方法，在所述蓋體毛坯上加工制作所述第二隔熱腔時(shí)，還設(shè)置了對(duì)所述第二隔熱腔的內(nèi)壁的密封處進(jìn)行打磨拋光處理的工藝，以保障第二熱隔離結(jié)構(gòu)的密封性，增強(qiáng)隔熱效果。

32、進(jìn)一步地，所述清潔芯片的加工工藝方法為：

33、提供清潔芯片基板用于清潔芯片的制作，并對(duì)所述清潔芯片基板的待鍍膜表面進(jìn)行活化處理；

34、在所述清潔芯片基板的待鍍膜表面勻涂第二光刻膠膜層；

35、采用曝光、顯影、磁控濺射和剝離工藝相結(jié)合的工藝加工制作清潔電極；

36、在所述清潔芯片基板上制作第二電引線膜和第二接線端；

37、在已制作完成清潔電極、第二電引線膜及第二接線端后進(jìn)行合金化處理；

38、合金化處理后在清潔芯片基板上制作第三聚酰亞胺絕緣層覆蓋清潔電極和第二電引線膜以完成清潔芯片的制作；

39、將清潔芯片安裝在所述蓋板背對(duì)所述底板的表面以構(gòu)建一種由所述清潔芯片、所述氣體主流道和所述氣體輔助流道構(gòu)成的傳感器臟污自主清潔系統(tǒng)。

40、本發(fā)明的有益效果：

41、由于本發(fā)明公開了一種“固體-真空/氣體-固體”耦合隔熱結(jié)構(gòu)及其加工制作工藝，形成了一種新型隔熱方式，取代了傳統(tǒng)的加工制作氮化硅薄膜的絕熱工藝方案，實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)的絕熱效果；又由于本發(fā)明提出了一種在硅基底表面制作聚酰亞胺膜，經(jīng)表面活化處理后制作芯片電阻膜的加工工藝，取代了傳統(tǒng)的為解決鉑膜與氮化硅膜之間黏附力弱的問題而制作鈦/鉑混合膜層的加工工藝，使電阻膜的成分變成純凈的鉑單質(zhì)材料，解決了芯片電阻膜材料的溫度系數(shù)和電阻率等重要物性參數(shù)的一致性和重復(fù)性問題，不僅提升了傳感器的檢測(cè)精度和穩(wěn)定性，而且由于聚酰亞胺具有絕佳的電氣絕緣性能、屏蔽性能和抗干擾性能，此工藝還能增強(qiáng)傳感器的安全性、屏蔽性和抗干擾性。

42、此外，由于本發(fā)明提供了一種由清潔芯片、氣體主流道和氣體輔助流道所構(gòu)成的傳感器臟污自主清潔和保護(hù)系統(tǒng)的加工工藝方法，利用此方法加工制作傳感器芯片臟污自主清潔和保護(hù)系統(tǒng)，可使傳感器具有自主清潔和保護(hù)的先進(jìn)功能，避免了氣體中的微顆粒物沉積在傳感器芯片表面造成芯片臟污，解決了傳感器芯片易受微顆粒物附著而影響檢測(cè)精度和使用壽命的問題。