流量传感器和质量流量控制器的制作方法

1.本实用新型涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种流量传感器和一种包括该流量传感器的质量流量控制器。


背景技术：

2.随着自集成电路的持续高速发展，微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)技术悄然兴起，该技术的原理是通过微纳米技术将感应元器件集成在微型膜片上，以实现对周围环境的快速检测及响应。微机电系统检测技术根据原理分为：热式、压差式、升力式、流体振动式、科里奥利式及仿生微流量式等多种方式。
3.微机电系统热式流量传感器主要应用于气体、液体的流量检测，与传统热式传感器相比，微机电系统流量传感器微型的传感模块可以减少其对流场的干扰，并使传感器具有质量惯性和热惯性小、响应速度快、低功耗、低成本等优点。然而，现有的微机电系统热式流量传感器的密封性较差，影响其测量精度和测量一致性。
4.因此，如何提供一种密封性较好的应用于质量流量控制器的传感器结构，成为本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在提供一种流量传感器和一种包括该流量传感器的质量流量控制器，该流量传感器的检测精度和稳定性较高。
6.为实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供一种流量传感器，用于检测流体的流量，所述流量传感器包括传感器底板、传感器芯片模块、传感器压板和信号处理模块，所述传感器底板中形成有芯片容纳腔，所述芯片容纳腔的底部形成有流道槽，且所述流道槽的两端通过贯穿至所述传感器底板的底面的两个连通孔与待测流体的管路连通；所述传感器芯片模块与所述流道槽相对设置，所述传感器芯片模块的检测点与所述流道槽相对,用于与流经所述流道槽的所述待测流体接触，所述传感器芯片模块用于检测所述待测流体的温度信号并将其发送至所述信号处理模块；所述传感器压板压设在所述芯片容纳腔的底部，用于密封所述流道槽；所述信号处理模块设置于所述传感器压板上方，用于基于所述传感器芯片模块发送的所述温度信号确定流经所述流道槽的所述待测流体的流量。
7.可选地，所述流道槽包括依次连通的第一连通段、检测段和第二连通段，所述第一连通段的和所述第二连通段的远离所述检测段的一端具有所述连通孔，所述传感器芯片模块与所述检测段相对设置。
8.可选地，所述芯片容纳腔的底部还形成有多个密封槽，多个所述密封槽与所述检测段平行设置，且填充有密封绝缘材料，所述传感器芯片模块压设在所述密封槽上，以密封所述检测段。
9.可选地，所述传感器压板的底面与所述芯片容纳腔的底部之间设置有粘合层，所述粘合层具有形状及位置均与所述流道槽对应的避让孔，所述粘合层用于将所述传感器压
板与所述传感器底板粘合连接，以密封所述流道槽。
10.可选地，所述流量传感器还包括多个第一安装螺钉，所述芯片容纳腔的底部形成有多个第一螺纹孔，所述传感器压板上形成有多个沿厚度方向贯穿所述传感器压板的第一通孔，多个所述第一通孔与多个所述第一螺纹孔位置一一对应，多个所述第一安装螺钉一一对应地穿过多个所述第一通孔并旋入对应的所述第一螺纹孔中，以将所述传感器压板与所述传感器底板固定连接。
11.可选地，所述芯片容纳腔的底部还形成有芯片固定槽，所述芯片固定槽的底部开设有所述检测段和多个所述密封槽，所述传感器芯片模块压设在所述芯片固定槽内的多个所述密封槽上，所述传感器芯片模块的上表面与所述芯片容纳腔的底部齐平。
12.可选地，所述传感器芯片模块包括检测芯片、电路板和多根导电针，所述电路板上具有容纳所述检测芯片的容纳槽，所述检测点位于所述检测芯片上，所述检测芯片置于所述容纳槽中且与流经所述流道槽的所述待测流体接触，用于检测流经所述流道槽的所述待测流体的温度信号，所述导电针的一端固定于所述电路板上，另一端与所述信号处理模块电连接，所述检测芯片的多根引脚通过所述电路板与多根所述导电针一一对应电连接。
13.可选地，所述电路板具有走线区和焊盘区，所述容纳槽设置在所述走线区，所述电路板在所述走线区朝向所述芯片容纳腔底部的一侧具有多条走线，所述电路板在所述焊盘区朝向所述芯片容纳腔底部的一侧具有多个电极，多条所述走线的一端与所述检测芯片的多根引脚一一对应连接，多条所述走线的另一端延伸至所述焊盘区并与多个所述电极一一对应连接；
14.所述导电针包括水平延伸的弯折部和竖直延伸的连接部，多个所述弯折部的一端一一对应地与多个所述电极固定并电连接，所述弯折部的另一端与对应的所述连接部的底端连接，所述连接部的顶端穿出至所述检测芯片容纳腔的上方并与所述信号处理模块电连接；
15.所述芯片容纳腔的底部还形成有避让槽，所述避让槽与所述芯片固定槽连通，所述弯折部置于所述避让槽内，所述电路板按压固定在所述芯片固定槽中。
16.可选地，所述芯片容纳腔中灌封有灌封胶，所述芯片容纳腔的侧壁形成有避让缺口，所述避让缺口与所述避让槽连通，所述避让缺口用于向所述芯片容纳腔中灌封所述灌封胶。
17.可选地，所述流量传感器还包括多个第二安装螺钉，所述传感器底板上形成有多个第二螺纹孔，所述信号处理模块具有多个沿厚度方向贯穿所述信号处理模块的第二通孔，多个所述第二通孔与多个所述第二螺纹孔位置一一对应，多个所述第二安装螺钉一一对应地穿过多个所述第二通孔并旋入对应的所述第二螺纹孔中，以将所述信号处理模块与所述传感器底板固定连接。
18.作为本实用新型的第二个方面，提供一种质量流量控制器，所述质量流量控制器包括流体通路，所述流体通路用于与所述待测流体的管路连通，所述质量流量控制器还包括前面所述的流量传感器，所述流量传感器设置于所述流体通路上，所述流道槽的两端通过两个所述连通孔与所述流体通路连通。
19.在本实用新型提供的流量传感器和质量流量控制器中，流量传感器的传感器底板的芯片容纳腔的底部形成有流道槽，传感器压板在密封流道槽的同时，将传感器芯片模块
按压固定在芯片固定槽中，从而在保证待测流体经连通孔进出流道槽的过程中流动路径的密闭性的同时，保证了传感器芯片模块位置的稳定性，进而保证了流量传感器的检测精度和稳定性，提高了应用该流量传感器的质量流量控制器的响应速度、测量准确度、抗干扰能力及工作稳定性。
附图说明
20.附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
21.图1是本实用新型实施例提供的流量传感器的结构爆炸示意图；
22.图2是本实用新型实施例提供的流量传感器的俯视示意图；
23.图3是本实用新型实施例提供的流量传感器的剖视图；
24.图4是本实用新型实施例提供的流量传感器中传感器底板的结构示意图；
25.图5是本实用新型实施例提供的流量传感器中传感器底板的底部结构示意图；
26.图6是本实用新型实施例提供的流量传感器的一个安装步骤的示意图；
27.图7是本实用新型实施例提供的流量传感器的另一个安装步骤的示意图；
28.图8是本实用新型实施例提供的流量传感器中传感器芯片模块与导电针之间的连接关系示意图；
29.图9是本实用新型实施例提供的质量流量控制器的结构示意图。
30.附图标记说明：
31.100：传感器底板
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110：流道槽
32.111：连通孔
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112：第一连通段
33.113：检测段
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114：第二连通段
34.120：芯片固定槽
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121：密封槽
35.130：避让槽
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140：第一螺纹孔
36.150：第二螺纹孔
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160：固定通孔
37.200：传感器芯片模块
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201：检测芯片
38.202：电路板
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210：导电针
39.300：传感器压板
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310：第一安装螺钉
40.320：第一通孔
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400：粘合层
41.500：信号处理模块
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510：第二安装螺钉
42.520：第二通孔
具体实施方式
43.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
44.为解决上述技术问题，作为本实用新型的一个方面，提供一种流量传感器，如图1至图3所示，流量传感器包括传感器底板100、传感器芯片模块200(例如，可以是微机电系统(mems)芯片)、传感器压板300和信号处理模块500，传感器底板100中形成有芯片容纳腔，芯片容纳腔的底部形成有流道槽110，且流道槽110的两端通过贯穿至传感器底板100的底面
的两个连通孔111与待测流体的管路连通。传感器芯片模块200与流道槽110相对设置，传感器芯片模块200的检测点与流道槽110相对，用于与流经流道槽110的待测流体(如，气体、液体)接触，传感器芯片模块200用于检测待测流体的温度信号并将其发送至信号处理模块500。传感器压板300设置在芯片容纳腔的底部，用于密封流道槽110。信号处理模块500设置于传感器压板300上方，用于基于传感器芯片模块200发送的温度信号确定流经流道槽110的待测流体的流量。
45.需要说明的是，本实用新型提供的流量传感器用于通过流道槽110及其两端的两个连通孔111由待测流体的管路中分出一支流，再基于温度变化检测该支流中的流体流量，进而实现检测原管路中的流体流量。例如，当本实用新型提供的流量传感器应用于质量流量控制器时，两个连通孔111分别用于将质量流量控制器的流体通路中的流体引入流道槽110中以及将流过流道槽110的流体重新汇入质量流量控制器的流体通路中，在质量流量控制器的流体通路中的流体流量变化时，流经流道槽110的待测流体的流量也随之变化，使传感器芯片模块200检测到的温度信号也随之发生变化，从而信号处理模块500可以基于传感器芯片模块200发送的温度信号确定流经流道槽110的待测流体的流量，进而可以实现对质量流量控制器的流体通路中的流体流量进行检测。
46.在本实用新型提供的流量传感器中，传感器底板100的芯片容纳腔的底部形成有流道槽110，传感器压板300在密封流道槽110的同时，将传感器芯片模块200按压固定在芯片固定槽120中，从而在保证待测流体经连通孔111进出流道槽110的过程中流动路径的密闭性的同时，保证了传感器芯片模块200位置的稳定性，进而保证了流量传感器的检测精度和稳定性，提高了应用该流量传感器的质量流量控制器的响应速度、测量准确度、抗干扰能力及工作稳定性。
47.为保证传感器芯片模块200的温度检测精度，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图1、图4所示，流道槽110包括依次连通的第一连通段112、检测段113和第二连通段114，第一连通段112的和第二连通段114的远离检测段113的一端具有连通孔111连接，传感器芯片模块200与检测段113相对设置。
48.即，流道槽110沿水平面弯曲延伸形成“c”字形，传感器芯片模块200与位于中间的检测段113相对设置并检测检测段113中流过的待测流体的温度，从而在传感器底板100尺寸有限的情况下延长流道槽110的长度，以保证流经传感器芯片模块200对应处的流体流速的稳定性，保证传感器芯片模块200的温度监测精度，进而保证流量检测精度。
49.为进一步提高流体经连通孔111进出流道槽110的流动路径的密闭性，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图1、图4所示，传感器压板300的底面与芯片容纳腔的底部之间设置有粘合层400，粘合层400具有形状及位置均与流道槽110对应的避让孔，粘合层400用于将传感器压板300与传感器底板100粘合连接。
50.在本实用新型实施例中，传感器压板300与芯片容纳腔的底部之间还设置有粘合层400，从而通过粘合层400的粘附作用对传感器压板300与传感器底板100之间的缝隙进行密封，进一步提高了对流道槽110的密封效果。并且，粘合层400具有形状及位置均与流道槽110对应的避让孔，从而可以避免粘合层400的胶面与流体接触造成胶面附着污垢影响温度检测精度。此外，粘合层400还可以对传感器芯片模块200进行粘附固定，进而保证传感器芯片模块200与流道槽110之间的相对位置稳定性，提高流量检测精度。
51.优选地，如图1、图7所示，避让孔在传感器芯片模块200对应位置断开，以保证对传感器芯片模块200的粘附固定效果。
52.作为本实用新型的一种可选实施方式，粘合层400为pet双面胶，即，由聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate，pet)双面涂布丙希酸胶制成的双面胶。
53.需要说明的是，本实用新型实施例提供的流量传感器用于整体与质量流量控制器的流体通路进行安装，两个连通孔111的相对位置对应于质量流量控制器上相应进出气孔位的位置，其安装在质量流量控制器上的效果如图9所示。
54.为便于将流量传感器安装在质量流量控制器上，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图5所示，传感器底板100上形成有多个沿高度方向贯穿传感器底板100的固定通孔160。
55.为进一步提高对流道槽110的密封效果，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图1、图4所示，芯片容纳腔的底部还形成有多个密封槽121，多个密封槽121与检测段113平行设置，且填充有密封绝缘材料，传感器芯片模块200压设在多个密封槽121上，以密封检测段113。
56.作为本实用新型的一种可选实施方式，密封槽121中填充的密封绝缘材料可以为硅橡胶。
57.为进一步提高对流道槽110的密封效果，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图1、图4所示，芯片容纳腔的底部还形成有芯片固定槽120，所述芯片固定槽120的底部开设有所述检测段113和多个所述密封槽121，所述传感器芯片模块200压设在所述芯片固定槽120内的多个所述密封槽121上，所述传感器芯片模块200的上表面与所述芯片容纳腔的底部齐平，从而使传感器压板300的底部可以保持为平面形状，通过传感器压板300底部的平面对下方进行按压，保证粘合层400的平整性，进而提高对流道槽110的密封效果。
58.作为本实用新型的一种可选实施方式，传感器压板300通过螺纹紧固件与传感器底板100固定连接。具体地，如图1所示，流量传感器还包括多个第一安装螺钉310，芯片容纳腔的底部形成有多个第一螺纹孔140，传感器压板300上形成有多个沿厚度方向贯穿传感器压板300的第一通孔320，多个第一通孔320与多个第一螺纹孔140位置一一对应，多个第一安装螺钉310一一对应地穿过多个第一通孔320并旋入对应的第一螺纹孔140中，以将传感器压板300与传感器底板100固定连接。
59.作为本实用新型的一种可选实施方式，第一安装螺钉310为沉头螺钉，第一通孔320相应地形成为沉头孔。
60.作为本实用新型的一种优选实施方式，如图1、图3、图6、图8所示，传感器芯片模块200包括检测芯片201、电路板202和多根导电针210，电路板202上具有容纳所述检测芯片201的容纳槽，检测点位于所述检测芯片201上，检测芯片201置于所述容纳槽中且与流经所述流道槽110的所述待测流体接触，用于检测流经所述流道槽110的所述待测流体的温度信号，所述导电针210的一端固定于所述电路板202上，另一端与所述信号处理模块500电连接，所述检测芯片201的多根引脚通过所述电路板202与多根所述导电针210一一对应电连接。
61.具体地，电路板202具有走线区和焊盘区，所述容纳槽设置在所述走线区，所述电
路板202在所述走线区朝向所述芯片容纳腔底部的一侧具有多条走线，所述电路板202在所述焊盘区朝向所述芯片容纳腔底部的一侧具有多个电极，多条所述走线的一端与所述检测芯片201的多根引脚一一对应连接，多条所述走线的另一端延伸至所述焊盘区并与多个所述电极一一对应连接。
62.如图1、图3、图6、图8所示，导电针210包括水平延伸的弯折部和竖直延伸的连接部，多个所述弯折部的一端一一对应地与多个所述电极固定并电连接，所述弯折部的另一端与对应的所述连接部的底端连接，所述连接部的顶端穿出至所述检测芯片容纳腔的上方并与所述信号处理模块电连接；
63.所述芯片容纳腔的底部还形成有避让槽130，所述避让槽130与所述芯片固定槽120连通，电路板202的焊盘区与避让槽130相对，所述弯折部置于所述避让槽130内，所述电路板202按压固定在所述芯片固定槽120中。
64.在本实用新型实施例中，流量传感器还包括多根弯折的导电针210，传感器芯片模块200的焊盘区通过导电针210与上方的信号处理模块500连接，从而增强了信号处理模块500与传感器芯片模块200之间的信号传输强度，与现有技术中通过扁平电缆进行数据传输的方案相比，降低了信号损耗，保证了流体温度检测的精确性。
65.作为本实用新型的一种可选实施方式，导电针210为镀金铜针。
66.作为本实用新型的一种可选实施方式，如图8所示，传感器芯片模块200还包括涂胶203，涂胶203涂覆在检测芯片201的引脚与电路板202的连接处，从而维持检测芯片201引脚的完整性以及位置的稳定性，进而保证流量检测精度。
67.为进一步提高流量传感器的气密性，并提高流量传感器中部件之间的相对位置稳定性，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图3所示，芯片容纳腔中灌封有灌封胶，芯片容纳腔的侧壁形成有避让缺口，所述避让缺口与所述避让槽130连通，所述避让缺口用于向所述芯片容纳腔中灌封所述灌封胶。即，通过灌封胶将结构整体灌封，从而提高流量传感器的耐压强度和气密性，并防止流量传感器内部部件在碰撞或振动中发生松动，保证了流量传感器检测流体流量的精确性。
68.作为本实用新型的一种可选实施方式，该灌封胶可以为环氧树脂灌封胶。
69.作为本实用新型的一种可选实施方式，如图1所示，传感器压板300在水平面上的投影形状为近似矩形，芯片容纳腔的水平截面具有与该近似矩形对应的轮廓，且在对应于避让槽130的位置还具有避让缺口，即，传感器压板300仅在流道槽110与芯片固定槽120所在区域矩形压紧，避让槽130所在区域的顶部以避让缺口的形式预留出来作为注胶灌封孔。
70.可选地，如图1所示，传感器压板300的四角各形成有一个第一通孔320，相应地通过四个第一安装螺钉310对传感器压板300进行紧固。
71.作为本实用新型的一种可选实施方式，信号处理模块500通过螺纹紧固件与传感器底板100固定连接。具体地，如图1所示，流量传感器还包括多个第二安装螺钉510，传感器底板100上形成有多个第二螺纹孔150，信号处理模块500具有多个沿厚度方向贯穿信号处理模块500的第二通孔520，多个第二通孔520与多个第二螺纹孔150位置一一对应，多个第二安装螺钉510一一对应地穿过多个第二通孔520并旋入对应的第二螺纹孔150中，以将信号处理模块500与传感器底板100固定连接。
72.作为本实用新型的一种可选实施方式，第二安装螺钉510为盘头螺钉，第二通孔
520相应地形成为沉头孔。
73.可选地，如图1所示，传感器压板300的两侧分别形成有一个凸台结构，两个凸台结构中各形成有一个第二通孔520，传感器底板100的顶面上对应地形成有两个安装槽，两个第二螺纹孔150分别形成在对应的安装槽中，两个第二安装螺钉510一一对应地穿过两个第二通孔520并旋入对应的第二螺纹孔150中，以将信号处理模块500与传感器底板100固定连接。
74.为便于技术人员理解，以下提供本实用新型实施例提供的流量传感器的组装过程：
75.首先，如图6所示，将硅橡胶涂抹在传感器底板100的芯片固定槽120中，将传感器芯片模块200压入芯片固定槽120内(如图8所示，导电针210已预先焊接在电路板202的焊盘区上)，将粘合层400粘贴在对应位置(如图7所示)，然后使用第一安装螺钉310将传感器压板300固定在传感器底板100上，此时传感器芯片模块200已形成紧密粘接密封；
76.接着，使用第二安装螺钉510将信号处理模块500固定在传感器底板100上，并将传感器芯片模块200上的导电针210的顶端与信号处理模块500焊接连接(如图2所示)。传感器芯片模块200的检测芯片201能够实时读取气流温度，并通过导电针210将温度信号传输到信号处理模块500，信号处理模块500再基于该温度信号确定流道槽110中的气体流量。
77.待整体模块测试通过后，将灌封胶(例如，可以为乐泰9460ab注环氧胶)按10:1的比例混合均匀后，对芯片容纳腔进行灌封。
78.作为本实用新型的第二个方面，提供一种质量流量控制器，如图9所示，该质量流量控制器包括流体通路10，所述流体通路用于与所述待测流体的管路连通，该质量流量控制器还包括本实用新型实施例提供的流量传感器30，所述流量传感器30设置于所述流体通路10上，所述流道槽110的两端通过两个所述连通孔111与所述流体通路10连通。
79.在本实用新型提供的质量流量控制器中，流量传感器的传感器底板100的芯片容纳腔的底部形成有流道槽110，传感器压板300在密封流道槽110的同时，将传感器芯片模块200按压固定在芯片固定槽120中，从而在保证待测流体经连通孔111进出流道槽110的过程中流动路径的密闭性的同时，保证了传感器芯片模块200位置的稳定性，进而保证了流量传感器的检测精度和稳定性，提高了质量流量控制器的响应速度、测量准确度、抗干扰能力及工作稳定性。
80.作为本实用新型的一种可选实施方式，如图9所示，该质量流量控制器还包括控制器(图中未示出)和设置在流体通路10上的调节阀20，控制器用于基于流量传感器30的流量检测结果控制调节阀20的开度，以将调节流体通路10中的流体流量保持在设定点。
81.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。