一种微热板及包括该微热板的MEMS气体传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种微热板及包括该微热板的MEMS气体传感器，所述微热板包括：硅衬底，其背部设置绝热腔；支撑层，其布设在所述绝热腔上方；加热电极，所述加热电极布设在所述支撑层上表面，且所述加热电极的中心位置空出测量区域；测量电极，所述测量电极布设在所述测量区域中；敏感膜，其设置在所述测量电极上方，并与所述测量电极电连接；以及加热电极焊盘和测量电极焊盘，所述加热电极焊盘与所述加热电极电连接，所述测量电极焊盘与测量电极电连接。相较于现有技术中三明治结构式微热板，加热电极和测量元设置在同一层的新型微热板，有效解决了高温下多层结构中的热机械应力问题，且具备稳定性强和可靠性高的优点。且具备稳定性强和可靠性高的优点。且具备稳定性强和可靠性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种微热板及包括该微热板的MEMS气体传感器


[0001]本技术涉及气体传感器
，具体的说，涉及了一种微热板及包括该微热板的MEMS气体传感器。

技术介绍

[0002]MEMS气体传感器是基于MEMS工艺技术制造的金属氧化物薄膜器件，在一定温度下，存在气体氛围中时通过金属氧化物薄膜自身电阻率的变化实现对气体的检测。与传统气体传感器相比，MEMS气体传感器具有体积小、功耗低、一致性好、易集成等优点。在MEMS气体传感器的设计中，微热板的设计是至关重要的，均匀的温度分布不仅有利于敏感材料正常地发挥其特性，而且对降低功耗、提高响应速度也有积极的影响。
[0003]目前，MEMS气体传感器结构主要采用由隔离层、加热电极、绝缘层、测量电极和敏感材料相互堆叠而成的三明治结构，这种结构生产工艺复杂导致产品合格率降低，且多层薄膜间易出现失配现象，导致产品因高温工作时的热应力问题发生失效，影响传感器的稳定性。
[0004]为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种微热板及包括该微热板的MEMS气体传感器。
[0006]为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：
[0007]本技术第一方面提供了一种微热板，所述微热板包括：
[0008]硅衬底，其背部设置绝热腔；
[0009]支撑层，其布设在所述绝热腔上方；
[0010]加热电极，所述加热电极布设在所述支撑层上表面，且所述加热电极的中心位置空出测量区域；
[0011]测量电极，所述测量电极布设在所述测量区域中；
[0012]敏感膜，其设置在所述测量电极上方，并与所述测量电极电连接；
[0013]以及位于所述支撑层上表面的加热电极焊盘和测量电极焊盘，所述加热电极焊盘与所述加热电极电连接，所述测量电极焊盘与测量电极电连接。
[0014]本技术第二方面提供了一种MEMS气体传感器，所述MEMS气体传感器包括上述的微热板、基座和盖板；所述盖板开设若干检测孔，且与所述基座相连以构成检测腔体；所述微热板的检测面对应设置在所述检测孔下方，所述微热板通过引线与所述基座的焊盘电连接。
[0015]本技术第三方面提供了另一种MEMS气体传感器，所述MEMS气体传感器包括上述的微热板和PCB板，所述微热板设置在所述PCB板上，且与所述PCB板电连接；所述PCB板上焊接有导线。
[0016]本技术相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：
[0017]1）本技术提供了一种新型微热板，该微热板中的加热电极和测量电极均位于支撑层上表面，相较于现有技术中三明治结构式微热板，加热电极和测量元设置在同一层的新型微热板，有效解决了高温下多层结构中的热机械应力问题，且具备稳定性强和可靠性高的优点；
[0018]2）由于生产工艺复杂度减小和工艺步骤减少，便于批量制造，大大提高了生产效率，同时使得微热板的产品合格率大幅提升，并延长了微热板的使用寿命；
[0019]3）本技术提供了一种陶瓷封装的MEMS气体传感器，还提供了一种PCB封装的MEMS气体传感器，即本技术的微热板适用于不同的封装方式。
附图说明
[0020]图1是本技术的微热板的剖视图。
[0021]图2是本技术的微热板的结构示意图。
[0022]图3是本技术的加热电极和测量电极的结构示意图。
[0023]图中：1.支撑层；2.加热电极；3.测量电极；4.测量电极焊盘；5.加热电极焊盘；6.电极印刷条；7.测量区域；8.硅衬底；801.绝热腔；9.敏感膜；10.钝化层。
具体实施方式
[0024]下面通过具体实施方式，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0025]实施例1
[0026]一种微热板，如附图1和附图2所示。所述微热板包括：硅衬底8，其背部设置绝热腔801；支撑层1，其布设在所述绝热腔801上方；加热电极2，所述加热电极2布设在所述支撑层1上表面，且所述加热电极2的中心位置空出测量区域7；测量电极3，所述测量电极3布设在所述测量区域7中；敏感膜9，其设置在所述测量电极3上方，并与所述测量电极3电连接；以及位于支撑层1上的加热电极焊盘5和测量电极焊盘4，所述加热电极焊盘5与所述加热电极2电连接，所述测量电极焊盘4与测量电极3。
[0027]本实施例给出了一种加热电极的具体实施方式，如图3所示。所述加热电极2为环状蛇形电极，所述环状蛇形电极通过溅射方式沉积在支撑层1上表面；所述环状蛇形电极的两端分别通过一电极印刷条6连接所述加热电极焊盘5。具体的，所述加热电极2采用Pt金制成，Pt金作为加热丝，在两端加入电压时，为气体检测提供所需的温度环境。且环状蛇形电极形成的加热电极2，实现对称且均匀的温度场，相对非对称式的温度场，有效解决了因为温度场不均匀导致附加应力过大引起敏感膜损坏的技术问题。
[0028]本实施例还给出了一种测量电极的具体实施方式，如图3所示。所述测量电极3包括两个梳状叉指电极，两个所述梳状叉指电极对称设置在所述环状蛇形电极中心位置的测量区域7中，且分别通过一电极印刷条6连接所述测量电极焊盘4；所述测量电极3采用Pt金制成，通过溅射方式沉积在支撑层1上表面，化学性质稳定、耐高温，满足微热板工作要求且不会对气体敏感层电阻产生影响。
[0029]进一步的，所述加热电极2上方设置有钝化层10，所述钝化层10用于保护微热板结构，以提高微热板的稳定性，延长微热板的使用寿命。
[0030]本实施例中，所述硅衬底8为单晶硅衬底，所述单晶硅衬底背部的绝热腔801通过氢氧化钾等碱溶液腐蚀单晶硅衬底而成，所述绝热腔801位于支撑层1的下方。所述单晶硅衬底可以为六英寸晶圆，厚度为300至500μm，晶向<100>，保证单晶硅衬底在某些碱类化学腐蚀液中具有较高的腐蚀速率，且缺陷少、易控制。相较于多晶硅制成的微热板，本技术具有加工工艺一致性良好、温阻系数较大和热稳定性好的特点，适于气体传感器长期在200-400
°
C高温下工作。
[0031]在其他实施例中，可以依据MEMS器件产能，综合成本、产能及性能考虑，选用任何尺寸晶圆进行加工。
[0032]本实施例中，所述支撑层1为氮化硅支撑层，所述氮化硅支撑层采用LPCVD（低压化学气相淀积）制作在单晶硅衬底上表面；所述氮化硅支撑层的厚度为0.3-2μm，所述氮化硅支撑层作为阻挡层及后续腐蚀背部绝热腔的保护层，提高了微热板的稳定性。
[0033]本实施例中，所述敏感膜9为金属氧化物半导体薄膜，金属氧化物半导体薄膜为超薄致密薄膜，如掺杂有贵金属元素的三氧化钨、二氧化锡或其它适用气体检测的材料体系；在满足灵敏度、选择性、稳定性和响应恢复特性最大化前提小的厚度最小化的前提下，所述敏感膜9的厚度优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微热板，其特征在于，所述微热板包括：硅衬底，其背部设置绝热腔；支撑层，其布设在所述绝热腔上方；加热电极，所述加热电极布设在所述支撑层上表面，且所述加热电极的中心位置空出测量区域；测量电极，所述测量电极布设在所述测量区域中；敏感膜，其设置在所述测量电极上方，并与所述测量电极电连接；以及位于所述支撑层上表面的加热电极焊盘和测量电极焊盘，所述加热电极焊盘与所述加热电极电连接，所述测量电极焊盘与测量电极电连接。2.根据权利要求1所述的微热板，其特征在于：所述加热电极为环状蛇形电极，所述环状蛇形电极的两端分别通过电极印刷条连接所述加热电极焊盘。3.根据权利要求1所述的微热板，其特征在于：所述加热电极上方还设置有钝化层。4.根据权利要求1所述的微热板，其特征在于：所述加热电极和所述测量电极均采用Pt金制成。5.根据权利要求1所述的微热板，其特征在于：所述测量电极包括两个梳状叉指电极，两个所述梳状...

【专利技术属性】
技术研发人员：古瑞琴，王瑞铭，高胜国，王利利，钟克创，李彬，张守超，
申请(专利权)人：郑州炜盛电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：