柔性MEMS流量傳感器的研發(fā).pdf

1、氣體測量在航天、能源、醫(yī)學(xué)、食品、汽車工業(yè)以及能源等領(lǐng)域中都至關(guān)重要。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，由于其原理簡單，可測量的流量范圍很廣，對氣體的干擾極小，而得到廣泛的應(yīng)用。但是，隨著人們對氣體測量的精度要求越來越高以及微電子技術(shù)的發(fā)展，采用MEMS工藝制造的熱式流量傳感器已經(jīng)開始取代傳統(tǒng)的金屬外殼流量傳感器，因其與后者相比在測量精度和功耗方面都有絕對的優(yōu)勢，同時(shí)采用成熟微電子制造技術(shù)，可以降低制造成本。本文設(shè)計(jì)了一種柔性MEMS流量傳感器，采用

2、PI材料做為基底，避免采用硅基材料需要刻蝕空腔的復(fù)雜工藝，同時(shí)結(jié)合FPC工藝，簡化制作工藝的同時(shí)，增加傳感器的可靠性。
　　本文采用鎳作為熱敏材料，PI材料作為基底。通過工藝可靠性、數(shù)學(xué)模型和流體仿真軟件進(jìn)行模擬確定關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)：濺射線寬、基底厚度以及不同的敏單元到熱源的距離。采用FPC工藝制造PI基底和外圍電路，將熱敏金屬直接濺射在上面，工藝簡單，可靠性高。然后進(jìn)過熱處理和電流老化，使熱敏金屬具有良好的溫度電阻特性，溫度電阻系數(shù)

3、達(dá)到2450ppm/℃。本文也設(shè)計(jì)了傳感器的測試電路和程序，采用PID算法控制熱源的溫度，實(shí)現(xiàn)超調(diào)小，調(diào)節(jié)時(shí)間短。最后在管道中對傳感器進(jìn)行測試，測試結(jié)果顯示，傳感器的測量精度為±0.1m/s，在更低流速時(shí)測量精度可以達(dá)到±0.05m/s。充分體現(xiàn)了MEMS流量傳感器在測量微小流量的優(yōu)勢。功耗測試顯示，在零流速時(shí)，要維持熱源比環(huán)境溫度高60℃，需要在熱源上加載24mW的功率；在流速為10m/s的時(shí)候，在熱源上加載的功率為45.7mW。這一