2022 年 4 月 5 日,布瑯軻鍶特公司推出了一款獨一無二的新產品:FLEXI-FLOW。這款多參數儀器可以同時測量和控制氣體流量和上游/下游壓力,同時也可以測量溫度。這種結合在單一精巧儀器中的方式是獨一無二的。
是什麼讓這項技術如此特別,Bronkhorst 又是如何將這項新技術發展成市場化的產品?Wouter Sparreboom 是 Bronkhorst R&D 公司的嵌入式系統架構人員。他參與了這個革命性產品系列 FLEXI-FLOW 的早期產品開發。Wouter 解釋了從產品開發到實際上市的新產品的過程:
您為何要開始這項新產品的開發?

採用表面通道技術的晶圓
4 月 5 日,它出現了...... Bronkhorst 向世界介紹了FLEXI-FLOW;;一個獨特的學術技術轉化為可銷售產品的成功例子。"
讓我們來看看這項技術

Jarno Groenesteijn(左)與 Jack van Putten(右)在屯特大學的奈米實驗室
什麼是表面通道技術?
「表面通道技術 」包括使用高密度等離子體在矽基板上蝕刻表面通道。之後,使用低壓化學氣相沉積 (LPCVD) 製程,以受控方式在這些通道的內表面鍍上均勻厚度約為 1 微米的致密富矽氮化矽層。藉由蝕刻掉氮化矽塗層周圍的矽,將塗層通道轉換成自由懸掛的氮化矽毛细管"。
"LPCVD製程是在約800℃的高溫下進行。氮化矽的熱膨脹係數比矽高一些,在冷卻至室溫之後,氮化矽的收縮程度比矽更大,並進入張力狀態,改善了自由懸掛毛細管的機械特性。此外,氮化矽具有高度耐化學性質,有助於提高感測器的堅固性和多功能性。由於氮化矽是電絕緣體,因此毛細管頂部的濺鍍金屬電阻與內部的氣態介質是電氣分離的。
這項技術被用於開發毛細管流量感測器"。

層流元件和 TCS 技術流量感測器的旁路配置
您能告訴我們關於毛細管流量感測器的資訊嗎?
"FLEXI-FLOW質量流量儀器的核心是一個毛細管流量傳感器,作為旁路安裝在主氣流通道上。基本上,這個感測器是由兩條直的氮化矽毛細管組成,每條毛細管的直徑為 100 微米,壁厚為 1 微米。頂部的溫度依賴金屬電阻作為加熱器和溫度感測器。
在操作過程中,氣體進入毛細管,被加熱器加熱,隨後在下游的指定位置測量氣體溫度。流動的氣體會將這些熱量帶走,在毛細管內的層流體系中,溫度差(或其電壓差類比)是氣體流量的直接測量"
。
"此流量感測器由 Bronkhorst 申請專利,稱為 Trough Chip Sensor - TCS 技術。它提供了一個快速且穩定的流量感測器,應用在經過驗證的旁路結構中,以達到可靠且精確的流量測量。它取代了傳統的毛細管感測器。FLEXI-FLOW 的口號也指的是這一點;快速& 穩定,成熟& 精確"。
使用者如何從使用此流量感測器的儀器中獲益?
"快速(速度)是這項新技術的重要優勢。''傳統上,在採用旁通原理的熱質量流量傳感器中,小鋼管的反應時間為 1 秒或更長。

''由於材料特性以及尺寸的關係,FLEXI-FLOW 中的微小氮化矽毛細管具有非常低的熱質,這意味著毛細管的加熱和冷卻速度非常快。這樣就可以實現毫秒級的快速反應時間"。
快速、穩定、可靠、精確
"MEMS 技術可用於製造這些毛細管流量感測器。快速而穩定的「穿透式晶片感測器」(TCS) 應用在我們經過驗證的旁路結構中,取代了傳統的金屬管感測器。從而實現了可靠且高度精確的流量測量"。
與屯特大學合作
十九世紀八十年代,屯特大學 (University of Twente) 的傳感器與執行器研究部 (Sensors and Actuators Research Unit) 為「微型技術」奠定了堅實的基礎。微型化已經成為實驗室應用的重要趨勢,流量感測器也不例外。1990 年,Theo Lammerink 成功完成了他在屯特大學有關 MEMS 熱流感測器的博士研究專案 - 為表面通道技術的最終發展奠定了基礎。
大約在同一時間,大學和 Bronkhorst 之間開始了第一次接觸。Joost Lötters 和 Wybren Jouwsma 訪問了大學,並開始討論此事。
開始開發可銷售的產品......FLEXI-FLOW"。

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