MEMS(微機電系統)技術

MEMS 技術與半導體技術相似,但它應用於感測器和微型機械元件,而非電子晶片。眾所皆知的 MEMS 技術應用包括安全氣囊感應器、噴墨頭、壓力感應器、麥克風、羅盤、加速計、陀螺儀和時基振盪器。舉例來說,智慧型手機包含許多 MEMS 元件,而熱流感應器則廣泛應用於空調系統。

MEMS 晶片由晶圓製成。晶圓是極其平坦的圓盤,由矽片或玻璃製成。典型的晶圓厚度為 0.5 mm,直徑為 6 英寸。MEMS 技術就是在特定區域增加層次和移除層次。所應用的層可以是非常高品質和堅固的材料。氮化矽 (Silicon Nitride) 就是這種材料的一個範例,它是透過低壓化學氣相沉積 (LPCVD) 技術,在 800˚C 左右的溫度下進行
 
光學平版印刷 (Photo-lithography) 用來定義需要移除的區域。在光刻技術中,會在晶圓表面沉積一層光阻。光阻透過照射其表面而產生化學變化,並在顯影液中選擇性地移除。

科里奧利傳感器的優勢

大多數 MEMS 流量感測器都是基於熱量測量原理。已證實這些感測器能夠測量低至每分鐘幾奈米的液體流量。這些感測器的優點是快速且非常穩定。缺點是需要針對每種特定的液體進行校準。科里奧利類型的流量感測器,即含有振動管的流量感測器,其質量流會受到科里奧利力的作用,因此不存在此問題。科里奧利力與質量流量成正比,與溫度、壓力、流動剖面和流體特性無關,因為科里奧利流量傳感器測量的是真正的質量流量。
科里奧利流量感測器

寇里奧利流量計大多用於測量大流量 (>1 公斤/小時),因為相對較弱的寇里奧利力對於小流量來說相對較難偵測。為了獲得足夠的靈敏度來測量每小時 2 克以下的超低流量,傳感器的尺寸和管壁厚度需要減小到極限,而傳統的不鏽鋼加工是無法做到這一點的。

在此,MEMS 技術開始發揮作用。我們與屯特大學 (University of Twente) 密切合作開發的一種稱為「表面通道技術」的製程,可以製造出 1 微米薄的氮化矽管。即使管壁厚度極薄,材料的選擇也能使這些管子具有機械穩定性。

工作原理,基於 MEMS 的科里奧利傳感器

圖中說明了基於 MEMS 的科里奧利傳感器的工作原理。內建於示範模型中的感測器就是以這項技術為基礎。該示範模型可以測量和控制每小時 0.01 至 2 克的氣體和液體流量。MEMS 技術的另一項優勢是,儀器內部的科里奧利管尺寸極小,其共振頻率在 kHz 範圍內。因此,與傳統的不銹鋼科里奧利儀器相比,其對外界振動的敏感度較低。

表面通道技術 ;

用於製造微科里奧利傳感器晶片的「表面通道技術」也允許使用其他類型的傳感器。例如:壓力感測器、密度感測器、黏度感測器和熱質量流量感測器。

 

工作原理 科里奧利傳感器

科里奧利流量感測管:通過 Lorentz 驅動使感測管進入共振。寇里奧利力 Fc 是質量流量 Φm 通過管子的結果。

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