热线型气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种热线型气体传感器芯片，包括：硅基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；所述硅基底包括中心加热区及外围支撑区，所述中心加热区包括贯穿所述第一表面以及所述第二表面的空气绝热腔；加热电阻膜，设于第一表面上；加热电极，设于所述第一表面上并部分覆盖所述加热电阻膜；功能层，设于所述加热电阻膜上方并位于所述中心加热区，所述功能层为气体敏感层或环境补偿层。本发明专利技术公开的热线型气体传感器芯片，传感器及传感器的制作方法，通过在硅基底上设置加热电极，加热电阻膜及功能层，并将功能层设为气体敏感层或环境补偿层，可制作具有不同功能层的热线型传感器芯片，从而可工业化制作热线型气体传感器芯片。

【技术实现步骤摘要】
热线型气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法
本专利技术涉及电子器件制造
，尤其涉及一种热线型气体传感器芯片、传感器及其制备方法。
技术介绍
目前气体传感器种类繁多，应用范围广泛，其中，热线型气体传感器由检测元件和补偿元件组成，以半导体金属氧化物为敏感材料，保留了传统半导体金属氧化物灵敏度高的优点，同时利用补偿元件对环境温湿度变化进行补偿，使得气体传感器具有较好的环境温湿度稳定性。热线型半导体气体传感器目前基本由手工制备，主要流程为：将铂丝手工绕制成特定长度的微型线圈，然后将气体敏感材料和气体不敏感材料分别手工涂抹于铂丝线圈上，经过干燥烧结后，得到对气体敏感的检测元件和对气体无敏感活性的补偿元件，两个元件组成热线型半导体气体传感器。铂丝线圈在这类传感器中既作为加热线圈，又作为检测信号电极，这也是热线型名称的由来。但热线型半导体气体传感器基本是由手工制备，自动化程度不高，导致产品良品率较低，一致性不好，并且传感器功耗较大，这些都限制了此类传感器的发展与普及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热线型气体传感器芯片、传感器及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术一实施方式提供一种热线型气体传感器芯片，包括：硅基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；所述硅基底包括中心加热区及外围支撑区，所述中心加热区包括贯穿所述第一表面以及所述第二表面的空气绝热腔；加热电阻膜，设于第一表面上；加热电极，设于所述第一表面上并部分覆盖所述加热电阻膜；功能层，设于所述加热电阻膜上方并位于所述中心加热区，所述功能层为气体敏感层或环境补偿层。作为本专利技术的进一步改进，所述功能层为气体敏感层，所述气体敏感层由设于所述加热电阻膜表面的气体敏感浆料烧结而形成。作为本专利技术的进一步改进，所述气体敏感浆料的材料包括二氧化锡、氧化锌或者氧化钨中的一种或者几种，以及贵金属催化剂和催化助剂。作为本专利技术的进一步改进，所述功能层为环境补偿层，所述环境补偿层由设于所述加热电阻膜表面的环境补偿浆料烧结而形成。作为本专利技术的进一步改进，所述环境补偿浆料的材料包括二氧化锡、二氧化钍、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氧化镧、氧化钙、氧化钡、氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化铪、氧化铜、氧化锌、氧化钨中的一种或几种。作为本专利技术的进一步改进，所述环境补偿层的阻值不小于10MΩ。作为本专利技术的进一步改进，所述功能层的厚度为0.001um～20um。作为本专利技术的进一步改进，所述加热电阻膜的阻值为10Ω～500Ω。作为本专利技术的进一步改进，所述加热电阻膜的制备材料为锑锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂二氧化锡、氟磷共掺杂二氧化锡、铝掺杂氧化锌、二氧化钌、二氧化钌/银复合材料、二氧化钌/银钯复合材料中的任意一种。作为本专利技术的进一步改进，所述加热电阻膜的形状为长方形、正方形或者圆形中的一种或多种的组合。作为本专利技术的进一步改进，所述加热电极由设于所述第一表面的设定金属导电浆料烧结而形成。作为本专利技术的进一步改进，所述加热电阻膜包括至少一个第一支撑部，所述加热电极包括至少一个覆盖所述第一支撑部的第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部的形状相同，所述第一支撑部由所述加热电阻膜位于所述中心加热区的部分向所述外围支撑区延伸而形成，所述第二支撑部由所述加热电极位于所述外围支撑区的部分向所述中心加热区延伸。作为本专利技术的进一步改进，所述第二支撑部的宽度小于或等于所述第一支撑部的宽度。本专利技术另一方面提供一种热线型气体传感器，包括封装外壳及设于所述封装外壳内的至少两个如上任意一项所述的热线型气体传感器芯片；所述封装外壳包括基座，设于基座上方的开口及设于所述基座内的电连接件；每个所述热线型气体传感器芯片均通过所述电连接件与所述基座电性连接。作为本专利技术的进一步改进，所述热线型气体传感器包括两个热线型气体传感器芯片，分别为检测元件芯片及补偿元件芯片，所述检测元件芯片的功能层为气体敏感层，所述补偿元件芯片的功能层为环境补偿层。作为本专利技术的进一步改进，所述热线型气体传感器还包括覆盖所述开口的防爆防尘透气膜，所述防爆防尘透气膜上还设有防水透气膜。本专利技术另一方面提供一种热线型气体传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：将导电金属氧化物粉体及有机载体配制成陶瓷浆料，印刷或涂布在硅基底上，以形成加热电阻膜；将加热电极浆料分别印刷或涂布在硅基底上，以形成加热电极；通过刻蚀技术在硅基底上形成绝热空气腔，得到微热板；重复上述步骤以制作另一个微热板；将气体敏感浆料印刷或涂布在其中一个所述微热板上，以形成气体敏感层；将环境补偿浆料印刷或涂布在另一个所述微热板上，以形成环境补偿层；将两个微热板分别烘干烧结并切割，得到检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补充元件芯片封装在管壳中，并在管壳的开口处贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜。与现有技术相比，本专利技术公开的热线型气体传感器芯片，传感器及传感器的制作方法，通过在硅基底上设置加热电极，加热电阻膜及功能层，并将功能层设为气体敏感层或环境补偿层，可制作两个具有不同功能层的热线型传感器芯片，并将两个芯片封装起来，从而可工业化制作热线型气体传感器芯片及传感器；并且，所制备的热线型气体传感器采用具有气体敏感层的芯片作为检测元件，采用具有环境补偿层的芯片作为补偿元件，能够抵消环境温湿度变化所带来的影响，使得传感器的信号值更加稳定。附图说明图1是本专利技术一实施方式中热线型气体传感器芯片的剖面结构示意图；图2a是本专利技术一实施方式中检测元件芯片的剖面结构示意图；图2b是本专利技术一实施方式中补偿元件芯片的剖面结构示意图；图3是本专利技术一实施方式中热线型气体传感器芯片的俯视结构示意图；图4a是本专利技术一实施方式中检测元件芯片的俯视结构示意图；图4b是本专利技术一实施方式中补偿元件芯片的俯视结构示意图；图5是本专利技术一实施方式中热线型气体传感器的剖面结构示意图；图6是本专利技术另一实施方式中热线型气体传感器的剖面结构示意图；图7是本专利技术一实施方式中热线型气体传感器的制备方法的流程示意图；图8是本专利技术一实施方式中热线型气体传感器对甲烷的响应曲线图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。应该理解，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。如图1-4所示，本专利技术一实施方式公开了一种热线型气体传感器芯片，包括：硅基底11，加热电极12，加热电阻膜14及功能层15。所述硅基底11包括相对设置的第一表面111及第二表面112。所述硅基底11包括中心加热区A及外围支撑区B，所述中心加热区A包括贯穿所述第一表面111以及所述第二表面112的空气绝热腔13。加热电阻膜14设于第一表面111上，加热电极12设于所述第一表面111上并部分覆盖所述加热电阻膜14。功能层设于所述加热电阻膜14上方并位于所述中心加热区，功能层15为气体敏感层或环境补偿层。本专利技术公开的热线型气体传感器芯片，传感器及传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热线型气体传感器芯片，其特征在于，包括：硅基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；所述硅基底包括中心加热区及外围支撑区，所述中心加热区包括贯穿所述第一表面以及所述第二表面的空气绝热腔；加热电阻膜，设于第一表面上；加热电极，设于所述第一表面上并部分覆盖所述加热电阻膜；功能层，设于所述加热电阻膜上方并位于所述中心加热区，所述功能层为气体敏感层或环境补偿层。

【技术特征摘要】
1.一种热线型气体传感器芯片，其特征在于，包括：硅基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；所述硅基底包括中心加热区及外围支撑区，所述中心加热区包括贯穿所述第一表面以及所述第二表面的空气绝热腔；加热电阻膜，设于第一表面上；加热电极，设于所述第一表面上并部分覆盖所述加热电阻膜；功能层，设于所述加热电阻膜上方并位于所述中心加热区，所述功能层为气体敏感层或环境补偿层。2.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述功能层为气体敏感层，所述气体敏感层由设于所述加热电阻膜表面的气体敏感浆料烧结而形成。3.根据权利要求2所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述气体敏感浆料的材料包括二氧化锡、氧化锌或者氧化钨中的一种或者几种，以及贵金属催化剂和催化助剂。4.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述功能层为环境补偿层，所述环境补偿层由设于所述加热电阻膜表面的环境补偿浆料烧结而形成。5.根据权利要求4所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述环境补偿浆料的材料包括二氧化锡、二氧化钍、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氧化镧、氧化钙、氧化钡、氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化铪、氧化铜、氧化锌、氧化钨中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述环境补偿层的阻值不小于10MΩ。7.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述功能层的厚度为0.001um～20um。8.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻膜的阻值为10Ω～500Ω。9.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻膜的制备材料为锑锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂二氧化锡、氟磷共掺杂二氧化锡、铝掺杂氧化锌、二氧化钌、二氧化钌/银复合材料、二氧化钌/银钯复合材料中的任意一种。10.根据权利要求9所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻膜的形状为长方形、正方形或者圆形中的一种或多种的组合。11.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔铮，张克栋，刘福星，余飞，陈晓越，袁伟，李亚邦，常晓远，
申请(专利权)人：苏州纳格光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32