导热率探测器的制作方法

本发明涉及一种导热率探测器。

背景技术：

由WO 2009/095494A1公开了一种具有能电加热的加热丝的导热率探测器，该加热丝在中央并且在通道的纵向方向上能由流体环流地支承，并且为此在其两端保持在横穿通道的导电支架处。为了获得抵抗化学腐蚀性气体混合物的高的寿命和惰性，加热丝和支架由掺杂的硅构成。该掺杂的硅可以在由二氧化硅构成的绝缘层的中间层的下方布置在硅基板上，其中，在腐蚀工艺中通过对硅基板进行结构化，二氧化硅层和由掺杂的硅构成的层形成了支架和加热丝，并且在承载板上形成沟槽。

由EP 1 381 854 B1也公开了一种同样类型的导热率探测器，其具有金属的加热丝，其尤其由金和/或铂制成。处于在环境温度下的加热丝可以在100℃和200℃之间的或者更高的工作温度时由于其热膨胀而松弛，从而穿过通道流动的流体会激发加热丝振动，其提高了导热率探测器的探测器噪音并进而削弱了指示极限，并且还会导致非常薄的加热丝的提前断开。为了抵抗加热丝在工作温度时的松弛，两个支架中的至少一个如下地设计，即在通道中间的区域中其相对于另外的支架的间距大于在通道壁的区域中其相对于另外的支架的间距。

还已知的是，金属加热丝构造为在承接的材料之中或者之上的薄膜或者层。

因此US 4 682 503 A公开了一种导热率探测器，其中，加热丝作为金属薄膜嵌入到梁中，该梁在沟槽上在其纵向方向上延伸并且在两侧例如保持在沟槽上延伸的支架上。梁和支架由介电材料构成，例如氮化硅，其形成为在硅基板上的层，其中梁与支架以及沟槽通过在氮化硅层或者硅基板中的腐蚀来形成。优选地由铁镍合金构成的金属薄膜可以直接从梁的一端向另一端或者作为回路向着端部再次返回地引导。

由US 4 594 889 A公开了一种根据热丝气流计的原理工作的空气量传感器，其中，在板状的硅基板中形成有两个平行的矩形开口，硅在其之间形成线状的元件。硅基板利用二氧化硅层覆盖，在其上在线状的元件的区域中形成有构成加热丝的金属层，该金属层例如由铂构成。在线状的元件的两端处，金属层延伸到硅基板上并且在那里形成接触面。

与金丝的机械稳定性相比，硅的机械稳定性明显更高。然而，因为硅相对易碎并且，这展现出优点，由掺杂的硅构成的加热丝能够以更高的工作温度运行，在这样的加热丝中也展现出热膨胀的问题。

技术实现要素：

根据本发明，该问题通过在本发明中限定的导热率探测器解决。

因此，本发明的主题是一种具有梁的导热率探测器，该梁在中央并且在通道的纵向方向上能由流体环流地布置，并且在一侧支承在横穿通道的支架上，该支架在与梁的连接的两侧分别具有支承臂，其中，梁和支架由掺杂的硅构成并且在绝缘层的中间层下方的一侧上承接金属层，该金属层在支承臂之一的区域中中断，并且在那里在靠近支承臂的侧面处以及在梁的自由端部处分别穿过绝缘层与掺杂的硅接触。

硅的机械稳定性允许的是，已知在两侧夹紧的金属的加热丝通过由掺杂的硅构成的特别薄的悬臂梁替代。通过其单侧的支承，梁在热膨胀时承 受较小的机械负荷。掺杂的硅由于其相对高的电阻而形成加热元件或者加热丝，其在其端部，也就是一方面在梁的自由端部并且一方面在支承臂的区域中与用于引入电流的金属层接触。

根据本发明的导热率探测器以有利的方式微机械地利用优选用于绝缘层的二氧化硅或者氮化硅和优选用于金属层的金或者铂制成。

为了能够提高机械稳定性和设置不同的电阻值，根据本发明的导热率探测器优选地具有至少一个相同构造的并且支承的、另外的梁、该另外的梁在通道的纵向方向上直接布置在梁的前方或者后方。通过这种方式，加热件或者加热丝被分成多个区段，这些区段本身关于环绕其流动的流体相应是更加稳定的，但是如一个连贯的加热丝一样起作用。在加热丝区段的电串联连接的情况中，其总电阻与能比较的各个连贯的加热丝的电阻相符，在并联连接的情况中对应于各个加热丝的电阻的一小部分。

为了实现导热率探测器在每种情况中都与引导流体的管路中的安装位置无关地工作，在偶数数量的梁的情况下，该梁的布置优选地相对于横向于通道延伸的轴线是镜像对称的。

附图说明

为了进一步阐述本发明，接下来参考附图；图中示出：其中

图1在纵向截面图(I-I')中示出根据本发明的导热率探测器的第一实施例，

图2在横向截面图(II-II')中示出相同的导热率探测器，

图3示例性地示出穿过支承臂的一部分和与之连接的梁的纵向截面图III-III'，

图4示出具有三个梁的根据本发明的导热率探测器的第二实施例，以及

图5示出具有四个量的根据本发明的导热率探测器的第四实施例。

具体实施方式

如在图1和2所示，在具有包含在其中的沟槽2的承载板1上如下地布置具有另外的沟槽4的覆盖板3，即两个沟槽2和4共同形成具有在此圆形的横截面的通道5。在通道5的中央，梁6在其纵向方向上延伸，梁在一个端部处支承在横穿通道5的支架7处。支架7在与梁6的连接的两侧分别具有支承臂8，9。

图3示出了穿过支承臂8的一部分和与之连接的梁6的纵向截面图III-III'。

为了微机械地制造导热率探测器，首先由硅基板形成承载板1，在其上安放由二氧化硅构成的绝缘层10。在二氧化硅层10上接下来安放由掺杂的硅构成的层11。在腐蚀工艺中，通过对硅基板、二氧化硅层10和由掺杂的硅构成的层进行结构化，形成具有梁6的支架7，并且在承载板1中形成沟槽2。在形成支架7和梁6时，在沟槽2的内部可以放弃对二氧化硅层10的保留。

通过氧化，支架7和梁6获得了由二氧化硅构成的抵抗硫化氢的表面(绝缘层)12。在其上侧上，梁6和支架7配备金属层13，其在支承臂8的区域中在利用14标识的位置处中断，并且在那里在靠近支承臂8的侧面处穿过绝缘层12与掺杂的硅11接触。在梁6的自由端处，金属层13同样穿过绝缘层12与掺杂的硅11接触。

最后，承载板1和覆盖板3接合在一起，其中在其内部形成的沟槽2和4构成通道5。

支承臂8，9在接触面15，16中终止，导热率探测器通过其能连接到测量桥中。在此，热流从接触面15经过支承臂8的金属层13流动至位置14，在该位置处热流导入到掺杂的硅11中。该流从该处穿过梁6流动至其自由端，该流在该处又进入到金属层13中并且流向接触面16。

图4示出了具有三个构造相同的梁6，6'，6”的根据本发明的导热率探测器的实施例，这些梁在通道5的纵向方向上前后直接地布置。通过根据图案15-15'-15”和16-16'-16”连接接触面，梁6能够并联地连接，并且通过根据图案16-15'和16'-15”的连接，梁6能够串联地连接。

图5示出了具有四个构造相同的梁6，6'，6”，6”'的实施例，其相对于横向于通道5延伸的轴线17镜像对称地布置，从而使导热率探测器不具有用于装入到流体管路中的优先方向。