一种具有局部表面超高温度均匀性的微加热器制造技术

本发明专利技术涉及微加热器领域，特别涉及一种具有局部表面超高温度均匀性的微加热器，包括：衬底(1)、蛇形加热电阻丝(2)和引线引脚(3)；蛇形加热电阻丝(2)沿衬底(1)宽度方向以相同长度的方式折叠排布，并沿衬底(1)长度方向以等间距的方式折叠排布；其阻值沿衬底(1)长度方向，按照沿衬底(1)长度方向变化的权函数变化，使蛇形加热电阻丝(2)在靠近衬底(1)的边缘处，具有最小的宽度和/或厚度，在衬底(1)中心对应位置具有最大的宽度和/或厚度。本发明专利技术提供的微加热器对蛇形加热电阻丝(2)进行加权设计，通过对衬底边界处热损失的补偿来实现局部表面超高温度均匀性的微加热器设计。面超高温度均匀性的微加热器设计。面超高温度均匀性的微加热器设计。

【技术实现步骤摘要】
一种具有局部表面超高温度均匀性的微加热器


[0001]本专利技术涉及微加热器领域，特别涉及一种具有局部表面超高温度均匀性的微加热器。

技术介绍

[0002]微加热器与传感元组合而成的气体传感器在工业、民生以及环境检测中均得到广泛的应用。气体传感器中，大面积的均温区有利于气体在相应的温度内与催化剂发生反应，并提高器件的灵敏度与选择性。同时，均匀的温度分布将会有更高的加热效率。
[0003]通常情况下，蛇形加热电阻丝2对衬底1进行加热，由于衬底1表面内部只受到周围空气和辐射的热损失，而衬底1表面四周额外受到衬底1侧面的热损失，这导致衬底1表面的边界比内部更冷，衬底1表面温度分布不均匀。而将衬底1放置于高热导率材料上可以实现温度均匀的目的，但同时带来更多的热损耗，增大微加热器的功耗。解决微加热器的温度均匀性的方法之一是设计不同图形的蛇形加热电阻丝2，如上海微系统与信息技术研究所吴雷(MEMS面型微加热器的结构设计和制作，2005)中利用磁控溅射法溅射6种不同图案的蛇形加热电阻丝2，在1mm
×
1mm的薄膜表面设计0.5mm
×
0.3mm的有源区，在有源区内实现温度梯度为0.05K/um的设计。
[0004]但MEMS面型微加热器的整个有源区内仍存在较大的温度变化，其主要原因在于文中所设计的每一种图案的加热电阻丝在有源区均具有相同的电阻宽度，没有考虑加热电阻丝所产生的均匀热源分布对有源区温度不均匀性的补偿问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，为克服现有微加热器表面温度分布不均匀的情况，对蛇形加热电阻丝2进行加权设计，通过对衬底1边界处热损失的补偿来实现局部表面超高温度均匀性的微加热器设计，以满足气体传感器高精度、高灵敏度以及良好选择性的设计要求。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供的具有局部表面均匀性超高温度的微加热器，包括：衬底1、蛇形加热电阻丝2和连接蛇形加热电阻丝2的引线引脚3；其特征在于，所述蛇形加热电阻丝2放置在所述衬底1上表面或下表面的中心；所述引线引脚3沿所述衬底1长度方向对称的沉积在所述蛇形加热电阻丝2的两侧，并与蛇形加热电阻丝2和外部电气连接；其中，
[0007]所述蛇形加热电阻丝2在所述衬底1的宽度方向上以相同长度的方式折叠排布，并在所述衬底1长度方向以等间距的方式折叠排布；其中，
[0008]所述蛇形加热电阻丝2的阻值沿所述衬底1长度方向按照沿衬底1长度方向变化的权函数变化，包括：所述蛇形加热电阻丝2沿所述衬底1长度方向按照所述权函数改变所述蛇形加热电阻丝2的厚度和/或宽度，以改变所述蛇形加热电阻丝2的阻值，使所述蛇形加热电阻丝2在靠近所述衬底1的边缘处，具有最小的宽度和/或厚度，并在所述衬底1中心对应位置具有最大的宽度和/或厚度。蛇形加热电阻丝2的宽度和/或厚度沿着衬底1长度方向由
小变大再变小，在衬底1表面中心部位具有最大的宽度或者厚度，宽度和/或厚度变化方式基于随衬底1长度方向变化的权函数。
[0009]作为上述装置的一种改进，所述权函数包括：余弦函数、二次函数、三角波函数、高斯函数或Sinc函数。
[0010]作为上述装置的一种改进，所述加权函数的权重变化在1～10之间。
[0011]作为上述装置的一种改进，所述蛇形加热电阻丝2沿所述衬底1长度方向按照所述权函数对所述蛇形加热电阻丝2的宽度独立加权，或者所述蛇形加热电阻丝2沿所述衬底1长度方向按照所述权函数对所述蛇形加热电阻丝2的厚度独立加权，或者所述蛇形加热电阻丝2沿所述衬底1长度方向按照权函数同时对所述蛇形加热电阻丝2的厚度和宽度进行组合加权。
[0012]作为上述装置的一种改进，所述衬底1底部设置有单个蛇形加热电阻丝2或多个蛇形加热电阻丝2，其中，多个蛇形加热电阻丝沿着衬底1宽度方向并列沉积于衬底1表面。
[0013]作为上述装置的一种改进，所述蛇形加热电阻丝2的材料包括：金属材料，例如金、铂、铝或铜；复合金属材料，例如镉
‑
铂或铝
‑
镉
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铂复合金属材料；半导体材料，例如碳化硅；所述蛇形加热电阻丝2的宽度和厚度为纳米级至微米级。
[0014]作为上述装置的一种改进，所述蛇形加热电阻丝2采用表面工艺沉积方法沉积在所述衬底1的表面；所述表面工艺沉积方法包括：物理气相沉积或者化学气相沉积。
[0015]作为上述装置的一种改进，所述引线引脚3包括：金属引脚，例如：铝、铜、铂或金；还包括：复合膜金属引脚，例如：镉
‑
铂复合金属引脚，所述引线引脚3采用表面工艺沉积方法沉积在所述衬底1的表面。
[0016]作为上述装置的一种改进，所述衬底1的材料包括：压电材料、半导体材料或聚合物材料，例如：铌酸锂、石英、钽酸锂、硅酸镓镧、陶瓷、硅、金刚石或氮化硅。
[0017]本专利技术的优点在于，本专利技术在衬底1表面放置蛇形加热电阻丝2和引线引脚3，并采用权函数对蛇形加热电阻厚度和/或宽度按照沿衬底1长度方向独立或者组合加权变化，使微加热器具有局部表面超高温度均匀性的特点，从而有利于提高气体传感器的选择性、灵敏度以及响应。
附图说明
[0018]图1为微加热器整体结构示意图；
[0019]图2为微加热器正视图；
[0020]图3为微加热器各部分结构示意图；
[0021]图4为微加热器一种蛇形加热电阻丝2宽度加权；
[0022]图5为微加热器表面结构一；
[0023]图6为微加热器表面结构二；
[0024]图7为微加热器表面温度分布示意图；
[0025]图8为微加热器表面温度梯度示意图；
[0026]图9为微加热器一种蛇形加热电阻丝2宽度以及高度加权。
[0027]附图标识
[0028]1、压电材料2、蛇形加热电阻丝3、引线引脚
具体实施方式
[0029]以下结合实施例进一步说明本专利技术所提供的技术方案。
[0030]如图1所示，本专利技术提出了一种具有局部表面超高温度均匀性的微加热器，所述的微加热器包括衬底1，蛇形加热电阻丝2，引线引脚3；所述的蛇形加热电阻丝2放置于衬底1表面，引线引脚3放置于衬底1表面，蛇形加热电阻丝2沿着衬底1的长度方向进行等距离折叠延展，衬底1宽度方向上长度保持不变，并对沿着衬底1长度方向的蛇形加热电阻丝2的宽度和/或厚度大小进行独立或者组合加权，以实现衬底1表面的温度均匀性设计。
[0031]具体地，本专利技术提供的具有局部表面均匀性超高温度的微加热器，包括：衬底1、蛇形加热电阻丝2和连接蛇形加热电阻丝2的引线引脚3；其特征在于，所述蛇形加热电阻丝2放置在所述衬底1上表面或下表面的中心；所述引线引脚3沿所述衬底1长度方向对称的沉积在所述蛇形加热电阻丝2的两侧，并与蛇形加热电阻丝2和外部电气连接；其中，
[0032]所述蛇形加热电阻丝2在所述衬底1的宽度方向上以相同长度的方式折叠排布，并在所述衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有局部表面超高温度均匀性的微加热器，包括：衬底(1)、蛇形加热电阻丝(2)和连接所述蛇形加热电阻丝(2)的引线引脚(3)；其特征在于，所述蛇形加热电阻丝(2)沉积在所述衬底(1)上表面或下表面的中心；所述引线引脚(3)沿所述衬底(1)长度方向对称的放置在所述蛇形加热电阻丝(2)的两侧，并与所述蛇形加热电阻丝(2)和外部电气连接；其中，所述蛇形加热电阻丝(2)沿所述衬底(1)宽度方向以相同长度的方式折叠排布，并沿所述衬底(1)长度方向以等间距的方式折叠排布；其中，所述蛇形加热电阻丝(2)的阻值沿所述衬底(1)长度方向，按照沿衬底(1)长度方向变化的权函数变化，包括：所述蛇形加热电阻丝(2)沿所述衬底(1)长度方向按照所述权函数改变所述蛇形加热电阻丝(2)的厚度和/或宽度，以改变所述蛇形加热电阻丝(2)的阻值，使所述蛇形加热电阻丝(2)在靠近所述衬底(1)的边缘处，具有最小的宽度和/或厚度，并在所述衬底(1)中心对应位置具有最大的宽度和/或厚度。2.根据权利要求1所述的具有局部表面超高温度均匀性的微加热器，其特征在于，所述权函数包括：余弦函数、二次函数、三角波函数、高斯函数或Sinc函数。3.根据权利要求2所述的具有局部表面超高温度均匀性的微加热器，其特征在于，所述加权函数的权重变化在1～10之间。4.根据权利要求1所述的具有局部表面超高温度均匀性的微加热器，其特征在于，所述蛇形加热电阻丝(2)沿所述衬底(1)长度方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，崔柏乐，薛蓄峰，程利娜，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：