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论文题目：MEMS之微机械流量传感器 流量传感器主要用来检测流体(包括气体和液体)的流量，是过程控制中的重要传感器之一。微机械流量传感器不仅外形尺寸小，能达到很低的测量等级。而且响应时间短，适合于微量流体的精密控制。 流速检测原理 液体流经细小管路路时，管路两端压力损失和流速之间的关系可用式(1)表示[1] (1) 式中:为压力差;为流速;C为无量纲摩擦因数；μ为粘度；L为管路长度;A为管路截面积；为管路的水力直径。 可见，当液体粘性、管路尺寸确定后，通道两端压差和流速呈线性关系;并且流速检测的灵敏度可以通过调整A，L和来实现.即可以通过测量液体流过通道时产生的压差来实现流速的快速测量。 传感器芯片结构设计 传感器芯片的结构设计主要包括硅杯结构设计、微流量通道设计、压阻条设计等三部分。 在硅杯结构尺寸设计分析时，首先须保证硅膜变形满足小挠度理论，即压力作用下最大变形远小于膜厚；其次，满量程压力下产生的应力应小于硅的弹性极限；最后，传感器满量程输出应尽可能大(桥压10V时输出应大于100 mV)。由此，确定硅膜尺寸22 mm，厚度50μm； 硅芯片整体尺寸4. 5 mm9 mm400μm。 在设计微流量通道时，要根据流量检测量程和压力损失情况，综合考虑流阻大小，从而确定微通道尺寸。液体在具有较大宽深比微通道中流动时，无量纲摩擦因数C值可初步取72[2]。这样若需要传感器量程20μl/s时，压力差不超过25 kPa，则流阻R应小于1. 25Ns/结合加工工艺中通道深度限制，确定通道截面深30 m，底部宽度1 000 m。 压阻条设计时，应结合加工工艺和功耗、桥压等具体情况.本课题中传感器压力检测芯片中压阻条布置在硅膜边缘中心处目在压力传感膜片的上部，阻值为2k，条宽12 m。 微流量传感器的加工 在传感器芯片结构尺寸设计的基础上，进行传感器芯片加工及其整体结构的封装.芯片加工中采用(100)晶向的双面抛光N型硅片，硅片初始厚度约为400 m.关键工艺流程步骤可总结如图1所示。 具体的工艺流程描述如下： 1)采用热氧化(湿氧)的方法，在硅片的双面生长厚度为0. 5μm的二氧化硅(Si)薄膜，如图1( a)。 2)标准光刻和标准氧化层腐蚀形成压阻硼掺杂电阻图形。 3)标准淡硼离子注入，在经过标准再分布或退火形成方块电阻率在270压阻。 4)第二次光刻和标准氧化层腐蚀形成欧姆接触区图形.如图1( b)所示。 5)采用双掩膜工艺进行硅杯和通道的加工.如图1( c)~(g)所示。 6)去胶清洗。 7)标准光刻形成铝引线图形，并且湿法腐蚀铝.最后合金化形成铝引线.如图1( h)~(i)所示。 8)清洗后硅片背面和玻璃键合.玻璃上面超声打孔.如图1(j)所示。 图1 传感器芯片加工步骤示意图 Fig. 1 Process sequences of the pressure/flow——sensor chip 传感器封装 传感器封装结构设计截面示意如图2所示.设计时考虑封装的密封性和坚固性以及传感器整体尺寸的指标，传感器芯片和带有孔径1. 8 mm的玻璃键合，形成流体通道和入口、出口两处压力检测腔.键合引线将芯片压阻连接到基底的PCB板焊盘上.使用有机玻璃罩保护传感器芯片和键合引线.传感器信号校准和标定电路板通过接插件与基底上的PCB板相连.封装完成的实物见图3.封装后传感器的直径26 mm,厚度11 mm，满足设计要求。 图2 封装结构截面示意图 图3封装后的实物图 Fig.2 Cross section view of packaging structure Fig.3 Sensor photo MEMS等传感器的特点： 　 　1）微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。 　　 2）　以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。 　3）批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完 整的MEMS。批量生产可大大降低生产成本。 　 　4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。 多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并