[发明专利]微型流量传感器的单片集成设计方法、制造方法及传感器

权利要求书

1.一种微型流量传感器的单片集成设计方法，其特征在于，所述传感器包括设置于基片上的微带线组件、恒温差控制电路及电流反馈仪表放大器；所述微带线组件由微加热器及两对热敏电阻组成，一对所述热敏电阻设置于所述微加热器的上游，另一对所述热敏电阻设置于所述微加热器的下游；

所述方法包括：

根据热效应的金氏定律和能量守恒定律构建所述微加热器的热电耦合等效模型；

根据所述微型流量传感器的传热解析模型对所述微带线组件进行传热解析，以获取所述微带线组件对应的热学解析信息；

根据所述热电耦合等效模型及所述恒温差控制电路的电路结构构建第一等效电路模型；

根据预置的阻值函数及所述热学解析信息构建与所述两对热敏电阻对应的第二等效电路模型；

根据所述传热解析模型对所述第一等效电路模型及所述第二等效电路模型进行力-热-电耦合，以得到与所述传感器对应的系统级等效电路模型。

2.一种微型流量传感器的单片集成制造方法，其特征在于，所述方法包括：

通过互补型金属氧化物半导体工艺在基片上制作得到流量传感器及片上集成的接口电路；所述基片由硅基底及覆盖于所述硅基底表层的二氧化硅层组成，所述流量传感器嵌入设置于所述二氧化硅层的底部位置；

喷涂光刻胶以在所述流量传感器的顶层沉积一层光刻胶覆盖膜；

通过二氧化硅反应离子蚀刻，去除所述流量传感器上层覆盖的二氧化硅；

通过金属Al干法刻蚀去除所述流量传感器的微带线组件上层用于阻挡氧化物反应离子蚀刻的金属铝；

通过深度反应离子蚀刻在所述微带线组件的组件间隙处对所述硅基底进行蚀刻以形成硅沟槽；所述组件间隙为所述微带线组件中平行排列的微带线之间形成的间隙；

通过二氟化氙各向同性硅基蚀刻对所述微带线底部的硅基底进行蚀刻以形成基于所述微带线的微悬桥；

通过O₂等离子刻蚀去除残余光刻胶并将所述微悬桥的电路连接端口与所述接口电路中的恒温差控制电路及电流反馈仪表放大器分别进行电连接，得到单片集成的CMOS-MEMS微型流量传感器。

3.根据权利要求2所述的微型流量传感器的单片集成制造方法，其特征在于，所述互补型金属氧化物半导体工艺为0.18μm CMOS工艺。

4.一种微型流量传感器，其特征在于，所述传感器采用权利要求2至3任一项所述的微型流量传感器的单片集成制造方法制造得到，所述传感器包括设置于所述基片上的微带线组件、恒温差控制电路及电流反馈仪表放大器；所述基片上设置有基片底腔，所述基片底腔通过Post-CMOS后处理工艺处理得到；

所述微带线组件由微加热器及两对热敏电阻组成，一对所述热敏电阻设置于所述微加热器的上游，另一对所述热敏电阻设置于所述微加热器的下游，且两对所述热敏电阻与所述微加热器的间隔距离相等；所述微加热器及两对所述热敏电阻均以微悬桥的方式平行架设于所述基片底腔上；

所述微加热器与所述恒温差控制电路进行电连接，以通过所述恒温差控制电路控制所述微加热器保持恒温；

第一对所述热敏电阻包括第一热敏电阻及第二热敏电阻，第二对所述热敏电阻包括第三热敏电阻及第四热敏电阻，所述第一热敏电阻、所述第四热敏电阻、所述第二热敏电阻及所述第三热敏电阻依次首尾相接形成惠斯通电桥，所述第一热敏电阻与所述第四热敏电阻之间的连接点、所述第二热敏电阻与所述第三热敏电阻之间的连接点均与所述电流反馈仪表放大器进行电连接，两对所述热敏电阻对因温度变化所引起的电压变化进行感应，并输出电信号至所述电流反馈仪表放大器；

所述电流反馈仪表放大器用于对所述电信号进行放大以得到放大信号并进行输出。

5.根据权利要求4所述的微型流量传感器，其特征在于，所述恒温差控制电路包括第一电阻、第二电阻、参考环境温度传感器电阻、调温电阻及运算放大器；

所述第一电阻、所述第二电阻、所述微加热器、所述参考环境温度传感器电阻及所述调温电阻依次首尾相接形成惠斯通电桥，所述第二电阻与所述微加热器之间的连接点、所述第一电阻与所述调温电阻之间的连接点分别与所述运算放大器的两个信号输入端相连，所述第一电阻与所述第二电阻之间的连接点与所述运算放大器的输出端相连。