CN205506741U - 一种AlN热隔离双面结构微热板气体传感器 - Google Patents
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Abstract
一种AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，包括AlN陶瓷基片、加热器、加热器焊盘、信号电极、信号电极焊盘、焊盘通孔、梯形热隔离槽、敏感膜，基片正面设置有信号电极、信号电极焊盘、加热器焊盘、敏感膜，信号电极采用叉指电极结构，敏感膜附在信号电极上；基片背面设置有加热器、加热器焊盘、信号电极焊盘，加热器采用蛇形排列结构；基片正面与背面的焊盘通过刻蚀的焊盘通孔相连接；基片中心加热区四周刻蚀有梯形热隔离槽，作用是减少传感器的热量损失。传感器整体尺寸约为3.2mm*3.2mm*0.2mm。本实用新型的气体传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高等优点，可以作为半导体式Cl2、NO2、CH4等气体传感器。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种AlN基底热隔离双面结构的微热板气体传感器。
背景技术
近年来，大气雾霾污染日益严重，各类气体泄漏***等恶性事故频发，给人们的生活带来了极大的不便，因此对气体的检测显得尤为重要。目前，在各类气体检测领域中，半导体式气体传感器被广泛应用，它具有灵敏度高、成本低、重复性好、易于批量生产等优点。半导体气体传感器的工作原理，是金属氧化物敏感材料在一定的温度下，气体分子在传感器表面与材料发生吸附、脱附反应，引起材料电导率的变化，从而实现对气体的探测。但是，为了使半导体气体敏感材料达到最适工作温度，传统的分立式气体传感器往往会消耗较大的功耗，造成***功耗过大。
随着MEMS技术的飞速发展，体积小、功耗低的微热板气体传感器越来越受到重视。但是，采用硅衬底制作的微热板传感器，又存在膜基热匹配差，导致温度稳定性差，制作工艺复杂等缺点，这制约了气体传感器的发展。AlN陶瓷材料由于其较高的传热能力，稳定的介电特性和良好膜基结合特性，被大量应用于微电子领域。而随着MEMS技术的不断成熟，非硅基陶瓷等作为微结构传感器的衬底材料，具有广阔的应用发展前景。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的气体传感器热量损失过大、工艺复杂等缺点，提出一种AlN热隔离双面结构微热板气体传感器。本发明传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高等优点。本发明传感器采用微热板双面结构，将信号电极与加热器分别设计在微热板不同平面上，敏感膜溅射方式镀在信号电极中间位置，焊盘采用上下通孔设计，加热区周围采用热隔离槽结构，有效解决了传感器在使用过程中存在的功耗过高、热量损失过大及连接可靠性等问题。
本发明通过以下技术方案实现。
AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，包括：AlN陶瓷基片、加热器、加热器焊盘、信号电极、信号电极焊盘、焊盘通孔、梯形热隔离槽、敏感膜，在所述的AlN陶瓷基片的正面设置有信号电极、信号电极焊盘、加热器焊盘，敏感膜，信号电极采用叉指电极结构；所述的AlN陶瓷基片的背面设有加热器、加热器焊盘，信号电极焊盘、加热器为中间带有间隙的蛇形排列结构， AlN陶瓷基片正面的加热器焊盘与背面的加热器焊盘、正面的信号电极焊盘与背面的信号焊盘均采用焊盘通孔结构连接，以提高封装工艺中引线的稳定性。在所述的AlN陶瓷基片中心加热区四周的方位上刻蚀四个梯形热隔离槽，起到降低热传导损耗作用。
所述的加热器与加热器焊盘，采用金属Pt材料。加热器采用蛇形排列结构，加热器焊盘平面采用正方形结构，其厚度与加热器厚度保持一致。主要采用磁控溅射法将Pt材料溅射到AlN陶瓷基片上，然后采用光刻剥离工艺制作出所需要的加热器及焊盘结构。
所述的信号电极与信号电极焊盘采用金属Pt材料。信号电极采用叉指电极结构，信号电极焊盘平面采用正方形结构，其厚度与信号电极厚度一致。同样采用磁控溅射法将Pt材料溅射到AlN陶瓷基片上，然后采用光刻剥离工艺制作出所需要的信号电极以及焊盘结构。
所述的焊盘通孔为圆柱形，其孔深与上下两片焊盘厚度和AlN陶瓷基片厚度之和一致，制作工艺采用激光微加工工艺刻蚀而成。
所述的敏感膜为SnO2、In2O3等金属氧化物半导体材料。
所述的热隔离槽为梯形结构，槽深与AlN陶瓷基片厚度一致。采用激光微加工工艺刻蚀而成。
本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果。
(1) 本发明采用光刻剥离工艺与激光微加工工艺制备的AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，采用蛇形加热器与叉指信号电极结构设计，提高加热效率与传感器的灵敏度。
(2) 本发明采用激光微加工工艺刻蚀热隔离槽，减少热量损失，降低传感器的加热功耗。
(3) 本发明所设计的传感器，具有体积小、功耗低、工艺简单、开发成本低等优点，可以作为半导体式Cl2、NO2、CH4等气体传感器，就有广阔的开发前景。
(4) 本发明采用带有通孔的焊盘设计，通过焊接方式在焊盘上引出引线，便于采用电子封装技术，将传感器封装成芯片，提高引线封装的稳定性。
附图说明。
图1 为本发明的传感器拼装图。
图2 为本发明的传感器正面结构示意图。
图3 为本发明的传感器背面结构示意图。
图4为沿图2所示A-A剖面图。
图1中：1为加热器，2为加热器焊盘，3为信号电极焊盘，4为AlN陶瓷基片，5为信号电极，6为焊盘通孔，7为敏感膜，8为梯形热隔离槽。
具体实施方式。
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1~4所示，本实施例包括加热器1，加热器焊盘2，信号电极焊盘3，AlN陶瓷衬底4，信号电极5，焊盘通孔6，敏感膜7，梯形热隔离槽8；加热器焊盘2由焊盘2-1、焊盘2-2、焊盘2-3、焊盘2-4组成，信号电极焊盘3由焊盘3-1、焊盘3-2、焊盘3-3、焊盘3-4组成，信号电极5由电极5-1、电极5-2两部分组成，焊盘通孔6由通孔6-1、通孔6-2、通孔6-3、通孔6-4、通孔6-5、通孔6-6、通孔6-7、通孔6-8、通孔6-9、通孔6-10、通孔6-11、通孔6-12组成，梯形热隔离槽8由梯形槽8-1、梯形槽8-2、梯形槽8-3、梯形槽8-4组成，焊盘2-1与焊盘2-3由通孔6-1、通孔6-5、通孔6-9相连接，焊盘2-2与焊盘2-4由通孔6-3、通孔6-7、通孔6-11相连接，焊盘3-2与焊盘3-4由通孔6-4、通孔6-8、通孔6-12相连接，焊盘3-1与焊盘3-3由通孔6-2、通孔6-6、通孔6-10相连接，信号电极5位于AlN陶瓷衬底4上，信号电极5与信号电极焊盘3相连接，敏感膜7位于信号电极5上；加热器1位于AlN陶瓷基底4下，加热器1与加热器焊盘2相连接。
本实施例中，气体传感器工作时，在加热器1与加热器焊盘2中通入直流电压，由于加热器1与加热器焊盘2采用的金属Pt材料有一定的电阻值，在直流电压的作用下，加热器1会产生热量，经过AlN陶瓷基底4的热传导作用，这一热量会传递到信号电极5与敏感膜7中，这样，金属氧化物半导体气敏材料就会获得200-400℃的工作温度。
本实施例中，所述的传感器外形为正方形，其边长为3.2mm，衬底4厚度为0.2mm，衬底材料AlN陶瓷基片4的尺寸为3.2mm*3.2mm*0.2mm。
本实施例中，所述的焊盘平面为正方形，尺寸为0.5mm*0.5mm*500nm。
本实施例中，所述的加热器1的线条宽度为0.1mm，间距为0.05mm，厚度为0.5um；中心加热区面积为1mm*1mm。
本实施例中，所述的信号电极5的线条宽度最大为0.1mm，最小为0.05mm，线条厚度为500nm；电极5-1与电极5-2的间距最大为0.1mm，最小为0.05mm。
本实施例中，所述的梯形热隔离槽8的梯形通孔，上底尺寸0.8mm、下底尺寸1.7mm、高0.45mm的等腰梯形，其厚度为0.2mm。
本实施例中，所述的焊接通孔6为圆柱体，其底面半径为0.1mm，高为201um。
本实施例采用 MEMS工艺技术制备，采用磁控溅射工艺与光刻剥离工艺制备信号电极与加热电极、焊盘；采用激光微加工工艺刻蚀焊盘通孔与梯形热隔离槽，解决了传感器引线封装稳定性差、热量损失过大的问题。
Claims (5)
1.一种AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，包括：AlN陶瓷基片、加热器、加热器焊盘、信号电极、信号电极焊盘、焊盘通孔、梯形热隔离槽、敏感膜，在所述的AlN陶瓷基片的正面设置有信号电极、信号电极焊盘、加热器焊盘，敏感膜，信号电极采用叉指电极结构；所述的AlN陶瓷基片的背面设有加热器、信号电极焊盘、加热器焊盘，加热器为中间带有间隙的蛇形排列结构， AlN陶瓷基片正面的加热器焊盘与背面的加热器焊盘、正面的信号电极焊盘与背面的信号焊盘均采用焊盘通孔结构连接，以提高封装工艺中引线的稳定性。在所述的AlN陶瓷基片中心加热区四周的方位上刻蚀四个梯形热隔离槽。
2.根据权利要求1所述的AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，其特征在于：所述加热器和加热器焊盘，采用金属Pt材料，加热器采用蛇形排列结构，加热器焊盘平面采用正方形结构，其厚度与加热器厚度一致。
3.根据权利要求1所述的AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，其特征在于：所述信号电极与信号电极焊盘采用金属Pt材料，信号电极采用叉指电极结构，信号电极焊盘平面采用正方形结构，其厚度与信号电极厚度一致。
4.根据权利要求1所述的AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，其特征在于：所述焊盘通孔为圆柱形，采用激光微加工工艺刻蚀而成。
5.根据权利要求1所述的AlN热隔离双面结构微热板气体传感器，其特征在于：所述热隔离槽为梯形结构，槽深与AlN陶瓷基片厚度一致，采用激光微加工工艺刻蚀而成。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160824 Termination date: 20170316 |
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