流量传感器及其制作方法与流程

1.本技术属于传感器技术领域，具体涉及一种流量传感器及其制作方法。


背景技术：

2.流量传感器在工业过程控制，室内供热通风与空气调节，医疗器械制造等领域均有着广泛的应用。目前的流量传感器大都采用热原理，通过测量流体带走的热量多少来对流体流量进行检测。然而，对于基于热原理的流量传感器，其功耗和灵敏度是相矛盾的，越高的灵敏度往往意味着更高的功耗。因此，研究如何在特定的功耗下实现流量传感器的灵敏度提升，对推动流量传感器的研究具有重要意义。


技术实现要素：

3.本技术的目的是提供一种流量传感器及其制作方法，该方法无需在衬底上设置隔热腔，而且能够使加热电阻和柔性衬底之间保持较大的距离来进行隔热，有利于提高器件灵敏度，降低器件制作难度。
4.根据本技术实施例的第一方面，提供一种流量传感器的制作方法，包括：
5.提供柔性衬底；
6.在所述柔性衬底表面形成牺牲层；
7.在所述牺牲层上形成加热电阻，所述加热电阻位于所述柔性衬底表面的中心；
8.在所述柔性衬底表面形成多个焊盘，多个所述焊盘绕所述柔性衬底表面的中心阵列分布；
9.在所述牺牲层上形成多个导线，每个所述导线连接在所述加热电阻及相应所述焊盘之间；
10.去除所述牺牲层；
11.使所述柔性衬底径向收缩，以使所述加热电阻远离所述柔性衬底表面。
12.在一可选实施例中，所述使所述柔性衬底径向收缩，包括：
13.对所述柔性衬底施加径向外力，使所述柔性衬底径向收缩。
14.在一可选实施例中，所述提供柔性衬底，包括：
15.提供柔性衬底，径向拉伸所述柔性衬底至预设距离；
16.所述使所述柔性衬底径向收缩，包括：
17.解除对所述柔性衬底的拉伸，所述柔性衬底至少在自身弹力作用下径向收缩。
18.在一可选实施例中，所述使所述加热电阻远离所述柔性衬底表面，包括：
19.所述导线弯曲变形，以使所述加热电阻沿远离所述柔性衬底表面的方向移动。
20.在一可选实施例中，所述使所述加热电阻远离所述柔性衬底表面，还包括：
21.所述柔性衬底弯曲变形形成凹腔，以使所述加热电阻远离所述柔性衬底表面。
22.在一可选实施例中，所述牺牲层的表面为锥形。
23.在一可选实施例中，所述焊盘的材料包括钛。
24.在一可选实施例中，所述导线的至少部分蛇形弯曲。
25.根据本技术实施例的第二方面，提供一种流量传感器，包括：
26.柔性衬底；
27.加热电阻，悬设于所述柔性衬底表面上方；
28.多个焊盘，形成于所述柔性衬底表面，且沿所述加热电阻的中心阵列分布在所述加热电阻的外围；
29.多个导线，每个所述导线连接于所述加热电阻和所述焊盘之间，且通过所述柔性衬底径向收缩使其弯曲变形，以支撑所述加热电阻悬设于所述柔性衬底表面上方。
30.在一可选实施例中，所述柔性衬底上设有凹腔，所述凹腔由所述柔性衬底径向收缩时弯曲变形形成。
31.在一可选实施例中，所述导线的至少部分蛇形弯曲。
32.本技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
33.本技术实施例方法，将加热电阻通过支撑的方式悬设于柔性衬底的表面，相比于将加热电阻形成在柔性衬底表面，虽然可以通过设置隔热腔进行隔热，但是设置隔热槽也会降低器件强度和增加制作难度，而该流量传感器通过将加热电阻悬设于柔性衬底表面，以使加热电阻和柔性衬底之间保持较大的距离来进行隔热，可以降低器件功耗，提高器件灵敏度，同时，由于该流量传感器的衬底上无需设置隔热槽，使得衬底结构完整，从而可以提高器件强度，并降低制作难度。
附图说明
34.图1是本技术示例性实施例中一种流量传感器的制作方法的流程图；
35.图2a-图2g是本技术示例性实施例中一种流量传感器方法中个步骤对应的结构示意图；
36.图3是本技术示例性实施例中一种流量传感器的结构示意图；
37.图4使本技术示例性实施例中另一种流量传感器的结构示意图。
38.图中，1、柔性衬底；2、牺牲层；3、加热电阻；4、焊盘；5、导线；6、凹腔。
具体实施方式
39.相关技术中，流量传感器包括衬底以及形成在衬底上的加热电阻、导线和焊盘，为了减少衬底吸收加热电阻产生的热量，降低传感器的功耗和提高传感器的灵敏度，需要将加热电阻和衬底分隔开，常用手段是在衬底上设置隔热腔，隔热腔能够使加热电阻与下方的衬底分隔开来，减少上方加热电阻热量向下方衬底的耗散，提高传感器的热量集中度，能够在保证测量精度和灵敏度的前提下，有效降低整个传感器的功耗。然而，在衬底上形成隔热腔后，传感器件整体强度必然降低，而且，需要增加相应的刻蚀工艺，导致制作过程较为复杂。
40.基于上述原因，本技术提出一种流量传感器的制作方法，该方法通过使衬底径向收缩，利用导线弯曲变形使加热电阻远离衬底表面。这种方法制作的流量传感器的加热电阻和衬底保持较大的距离，可以降低传感器功耗，以及保证传感器灵敏度，同时，该流量传感器的衬底上无需设置隔热槽，从而可以提高传感器件的强度，降低制作难度。
41.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本技术的概念。
42.在附图中示出了根据本技术实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
43.显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
46.如图1所示，本技术实施例提供一种流量传感器的制作方法，包括：
47.s110、提供柔性衬底1。
48.s120、在所述柔性衬底1表面形成牺牲层2。
49.s130、在所述牺牲层2上形成加热电阻3，所述加热电阻3位于所述柔性衬底1表面的中心。
50.s140、在所述柔性衬底1表面形成多个焊盘4，多个所述焊盘4绕所述柔性衬底1表面的中心阵列分布。
51.s150、在所述牺牲层2上形成多个导线5，每个所述导线5连接在所述加热电阻3及相应所述焊盘4之间。
52.s160、去除所述牺牲层2。
53.s170、使所述柔性衬底1径向收缩，以使所述加热电阻3远离所述柔性衬底1表面。
54.其中，步骤s120、步骤s130、步骤s140和步骤s150可以按排列顺序操作，也可以不按该顺序操作。例如，在形成焊盘4之前先形成导线5，又例如，在形成牺牲层2之前先形成焊盘4等，对此，具体操作顺序可以根据实际需要确定，本实施例并不限制。
55.该方法将加热电阻3通过支撑的方式悬设于柔性衬底1的表面，相比于将加热电阻3形成在柔性衬底1表面，虽然可以通过设置隔热腔进行隔热，但是设置隔热槽也会降低器件强度和增加制作难度，而该流量传感器通过将加热电阻3悬设于柔性衬底1表面，以使加热电阻3和柔性衬底1之间保持较大的距离来进行隔热，可以降低器件功耗，提高器件灵敏度，同时，由于该流量传感器的衬底上无需设置隔热槽，使得衬底结构完整，从而可以提高器件强度，并降低制作难度。
56.在步骤s110中，所述柔性衬底1为圆盘状，其材料可以是聚乙烯醇(pva)、聚酯(pet)、聚酰亚胺(pi)、聚萘二甲酯乙二醇酯(pen)等，柔性衬底1的厚度范围可以为300um～600um，或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他类型的衬底材料和其他厚度
范围，本实施例对此并不限制。
57.在一些实施例中，提供的所述柔性衬底1具体可以是常态下的柔性衬底1或者拉伸状态下的柔性衬底1。
58.示例性的，参阅图2a，所述柔性衬底1是常态下的柔性衬底1。在此基础上，结合图2b至图2f，可以采用步骤s120至步骤s160的制作过程在柔性衬底1上形成加热电阻3、焊盘4和导线5，然后对所述柔性衬底1施加径向外力，使所述柔性衬底1径向收缩，柔性衬底1收缩过程中，带动焊盘4挤压导线5，导线5弯曲变形，以使所述加热电阻3沿远离所述柔性衬底1表面的方向移动。具体的，焊盘4挤压导线5的过程中，导线5连接焊盘4的一端相互靠拢，导线5连接加热电阻3的一端沿远离柔性衬底1的方向移动，从而使加热电阻3远离衬底表面。
59.根据本实施例的意图，具体提供一种流量传感器的制作方法，包括：提供柔性衬底1；在所述柔性衬底1表面形成牺牲层2；在所述牺牲层2上形成加热电阻3，所述加热电阻3位于所述柔性衬底1表面的中心；在所述柔性衬底1表面形成多个焊盘4，多个所述焊盘4绕所述柔性衬底1表面的中心阵列分布；在所述牺牲层2上形成多个导线5，每个所述导线5连接在所述加热电阻3及相应所述焊盘4之间；去除所述牺牲层2；对所述柔性衬底1施加径向外力，使所述柔性衬底1径向收缩，以使所述加热电阻3远离所述柔性衬底1表面。
60.进一步的，如图4所示，柔性衬底1收缩过程中，所述柔性衬底1还可以弯曲变形形成凹腔6，以使所述加热电阻3远离所述柔性衬底1表面。例如，导线5弯曲变形的同时，柔性衬底1中部向远离加热电阻3的方向弯曲，形成凹腔6，凹腔6的存在可以进一步增加加热电阻3与柔性衬底1表面的距离。
61.示例性的，参阅图2a，所述柔性衬底1拉伸状态下的柔性衬底1，例如，径向拉伸柔性衬底1至预设距离，然后固定该柔性衬底1使其保持拉伸状态。在此基础上，结合图2b至图2f，可以采用步骤s120至步骤s160的制作过程在柔性衬底1上形成加热电阻3、焊盘4和导线5，然后解除对所述柔性衬底1的拉伸，所述柔性衬底1至少在自身弹力作用下径向收缩，柔性衬底1收缩过程中，带动焊盘4挤压导线5，所述导线5弯曲变形，以使所述加热电阻3沿远离所述柔性衬底1表面的方向移动。具体的，焊盘4挤压导线5的过程中，导线5连接焊盘4的一端相互靠拢，导线5连接加热电阻3的一端沿远离柔性衬底1的方向移动，从而使加热电阻3远离衬底表面。
62.根据本实施例的意图，具体提供一种流量传感器的制作方法，包括：提供柔性衬底1，所述柔性衬底1为径向拉伸状态；在所述柔性衬底1表面形成牺牲层2；在所述牺牲层2上形成加热电阻3，所述加热电阻3位于所述柔性衬底1表面的中心；在所述柔性衬底1表面形成多个焊盘4，多个所述焊盘4绕所述柔性衬底1表面的中心阵列分布；在所述牺牲层2上形成多个导线5，每个所述导线5连接在所述加热电阻3及相应所述焊盘4之间；去除所述牺牲层2；解除对所述柔性衬底1的拉伸，所述柔性衬底1在自身弹力作用下径向收缩，以使所述加热电阻3远离所述柔性衬底1表面。
63.在步骤s120中，参阅图2b，所述牺牲层2的材料可以是氧化硅、多晶硅、光刻胶等，牺牲层2的厚度范围可以为100um～200um，或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他类型的牺牲层2材料和其他厚度范围，本实施例对此并不限制。
64.示例性的，所述牺牲层2的形成方法包括：在柔性衬底1表面形成掩膜层；图形化掩膜层形成填充窗口；在填充窗口中沉积氧化硅，形成牺牲层2；去除掩膜层。
65.在步骤s130中，参阅图2c，所述加热电阻3的材料可以是白金(pt)、镍铬铁合金(nicr)、多晶硅(p－si)等，或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他材料，本实施例对此并不限制。
66.示例性的，所述加热电阻3的形成方法包括：在所述牺牲层2表面沉积白金形成电阻层；在所述电阻层上形成掩膜层；刻蚀所述电阻层，形成所述加热电阻3；去除所述掩膜层。
67.在一些实施例中，所述加热电阻3为环状，以柔性衬底1表面的中心为圆心设置。
68.在步骤s140中，参阅图2d，所述焊盘4的材料可以是金属钛等，这是由于金属钛作为粘结层，能够有效提高焊盘4的粘附力，提高整个加热电阻3与衬底的粘结强度。同时，可以保证焊盘4不会在导线5的反作用力下从衬底脱落。或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他材料，本实施例对此并不限制。
69.示例性的，所述焊盘4的形成方法包括：在所述柔性衬底1表面沉积钛形成金属焊接层；在所述金属焊接层上形成掩膜层；刻蚀所述金属焊接层，形成所述焊盘4；去除所述掩膜层。
70.在步骤s150中，参阅图2e，所述导线5的材料可以是电阻小于加热电阻3的材料，例如，导线5的材料是铝(al)、金(au)等，或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他材料，本实施例对此并不限制。
71.示例性的，所述导线5的形成方法包括：在所述牺牲层2表面及所述加热电阻3和所述焊盘4之间形成导线5层；在所述导线5层上形成掩膜层；刻蚀所述导线5层，形成所述导线5；去除所述掩膜层。
72.在一些实施例中，所述导线5的至少部分蛇形弯曲。例如，所述导线5为蛇形导线5，蛇形导线5具有一定的弹性，可以保证导线5两端受力时导线5不易发生损坏。
73.在步骤s160中，参阅图2f，去除所述牺牲层2。这是由于加热电阻3有与柔性衬底1表面粘连的风险，这会导致柔性衬底1在径向收缩时，不能使加热电阻3远离柔性衬底1，甚至会导致加热电阻3及导线5受力损坏。为了解决这一问题，在加热电阻3及导线5与柔性衬底1之间先设置牺牲层2，并在加热电阻3和导线5成形后去除牺牲层2，去除牺牲层2后，加热电阻3和导线5不与柔性衬底1相连，即可以避免加热电阻3因与柔性衬底1表面粘接而导致无法远离柔性衬底1的问题，有利于提高产品良率。
74.示例性的，采用湿法刻蚀工艺去除牺牲层2，以接触加热电阻3和导线5与柔性衬底1的粘连。
75.在步骤s170中，参阅图2g，使所述柔性衬底1径向收缩包括柔性衬底1的状态变化，例如，柔性衬底1在径向压力作用下由常态变化为压缩状态，柔性衬底1在自身弹力作用下由拉伸状态变化为常态等。
76.在一些实施例中，为了保证加热电阻3在柔性衬底1径向收缩时向远离柔性衬底1表面的方向移动，可以将牺牲层2的表面设计成锥形。在锥形面上形成的导线5呈上行趋势，在受到来自焊盘4的压力时，可以保证导线5连接焊盘4的一端相互收拢，导线5连接加热电阻3的一端上行，能够避免导线5和加热电阻3受压损坏，有利于提高良品率。
77.本技术实施例还提供一种流量传感器，采用前述方法实施例中任一项实施例的方法制作。
78.如图2g和图3所示，在一些实施例中，一种流量传感器，包括：
79.柔性衬底1；
80.加热电阻3，悬设于所述柔性衬底1表面上方；
81.多个焊盘4，形成于所述柔性衬底1表面，且沿所述加热电阻3的中心阵列分布在所述加热电阻3的外围；
82.多个导线5，每个所述导线5连接于所述加热电阻3和所述焊盘4之间，且通过所述柔性衬底1径向收缩使其弯曲变形，以支撑所述加热电阻3悬设于所述柔性衬底1表面上方。
83.该流量传感器的加热电阻3通过支撑的方式悬设于柔性衬底1的表面，相比于将加热电阻3形成在柔性衬底1表面，虽然可以通过设置隔热腔进行隔热，但是设置隔热槽也会降低器件强度和增加制作难度，而该流量传感器通过将加热电阻3悬设于柔性衬底1表面，以使加热电阻3和柔性衬底1之间保持较大的距离来进行隔热，可以降低器件功耗，提高器件灵敏度，同时，由于该流量传感器的衬底上无需设置隔热槽，使得衬底结构完整，从而可以提高器件强度，并降低制作难度。
84.具体的，收缩柔性衬底1在径向收缩过程中，带动焊盘4挤压导线5，导线5连接焊盘4的一端相互靠拢，导线5连接加热电阻3的一端沿远离柔性衬底1的方向移动，从而使加热电阻3远离衬底表面。
85.其中，所述柔性衬底1具体可以是常态下的柔性衬底1或者压缩状态下的柔性衬底1。要实现柔性衬底1的径向收缩，需要从多个方向对柔性衬底1施加径向作用力，使柔性衬底1在径向作用力的作用下进行径向收缩，或者先径向拉伸柔性衬底1，使被拉伸的柔性衬底1在自身弹力作用下实现径向收缩。
86.进一步的，如图4所示，所述柔性衬底1上设有凹腔6，所述凹腔6由所述柔性衬底1径向收缩时弯曲变形形成。具体的，柔性衬底1收缩过程中，所述柔性衬底1还可以弯曲变形形成凹腔6，凹腔6位于所述柔性衬底1的中部，且与所述加热电阻3位置相对。凹腔6的存在可以进一步增加加热电阻3与柔性衬底1表面的距离，有利于提高隔热性能。
87.在一些实施例中，所述柔性衬底1为圆盘状，其材料可以是聚乙烯醇(pva)、聚酯(pet)、聚酰亚胺(pi)、聚萘二甲酯乙二醇酯(pen)等，或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他厚度范围，本实施例对此并不限制。
88.在一些实施例中，所述加热电阻3的材料可以是白金(pt)、镍铬铁合金(nicr)、多晶硅(p－si)等，或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他材料，本实施例对此并不限制。
89.在一些实施例中，所述加热电阻3为环状，以柔性衬底1表面的中心为圆心设置。
90.在一些实施例中，所述焊盘4的材料包括金属钛。这是由于金属钛作为粘结层，能够有效提高焊盘4的粘附力，提高整个加热电阻3与衬底的粘结强度。同时，可以保证焊盘4不会在导线5的反作用力下从衬底脱落。或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他材料，本实施例对此并不限制。
91.在一些实施例中，所述导线5的材料可以是电阻小于加热电阻3的材料，例如，导线5的材料是铝(al)、金(au)等，或者，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择其他材料，本实施例对此并不限制。
92.在一些实施例中，所述导线5一端连接所述加热电阻3，另一端连接所述焊盘4面向
所述加热电阻3的一侧。
93.在一些实施例中，所述导线5的至少部分蛇形弯曲。例如，所述导线5为蛇形导线5，蛇形导线5具有一定的弹性，可以保证导线5两端受力时导线5不易发生损坏。
94.该流量传感器的工作原理：在无流体通过条件下，首先通过焊盘4、导线5在加热电阻3中通入恒定电流，使加热电阻3产生热量，并对附近的流体进行加热。当有流体通过加热电阻3时，加热电阻3附近的热流体将随流体向下游流动，即流体对加热电阻3产生了冷却作用，加热电阻3的温度将降低。因加热电阻3中通入的电流恒定，故温度的降低会使加热电阻3两端的电压下降(金属的电阻温度系数为正，即温度越高，电阻越大；温度越低，电阻越小)。流体流速越快，温度下降越多，加热电阻3两端的电压下降越多；流体速度越慢，温度下降越少，加热电阻3两端的电压下降越低。因此，在恒定电流下，通过检测加热电阻3两端的电压值，即可以对实时流体流量进行检测。
95.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。