專利名稱：一種平面氣體傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種平面氣體傳感器及其制作 方法。
背景技術(shù)：
氣體檢測技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，目前檢測氣體的方法和手段很多，主 要包括電化學(xué)法、氣象色譜法、導(dǎo)熱法、紅外吸收法、接觸燃燒法、半導(dǎo)體氣體傳感器檢測 法，但是從材料的應(yīng)用范圍、普及程度以及實用性來看，半導(dǎo)體氣體傳感器檢測法是應(yīng)用最 為廣泛的。半導(dǎo)體氣體傳感器包括電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器和非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感 器，其中電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是利用其阻值變化來檢測氣體濃度的。電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器是在一定條件(溫度)下，被測氣體到達(dá)半導(dǎo)體表面并 與敏感材料相互作用，在此過程中伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步引起半導(dǎo)體電阻的變化，通過 測量半導(dǎo)體電阻的變化實現(xiàn)對氣體濃度的檢測。由于其結(jié)構(gòu)和制作工藝簡單，成本低廉， 綜合性能優(yōu)良，因此電阻型金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器在氣體傳感器領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣 泛。電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器的氣敏材料為金屬氧化物，氣敏材料的最佳工作溫度較高，一 般為300°C，因此一般采用陶瓷管芯的旁熱式結(jié)構(gòu)。但是，由于陶瓷管芯自身結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo) 致氣敏元件無法向小型化和低功耗方向發(fā)展。另外，材料和成型工藝的非均勻性還會給產(chǎn) 品帶來性能參數(shù)的分散，產(chǎn)品的一致性和互換性差。目前，解決上述問題的主要方式是日本費加羅報道的，在陶瓷基片兩側(cè)分別制作 加熱層和氣敏層，通過通孔將一側(cè)的電極引到另一側(cè)，在基片同一側(cè)實現(xiàn)氣敏元件的綁定。 這種方式由于需要在陶瓷基片上制作通孔，并且穿引電極，因此在工藝實現(xiàn)上比較困難。如 果是以MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems，微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)制備平面結(jié)構(gòu)半導(dǎo) 體氣敏元件，氣敏元件在高溫時的穩(wěn)定性和可靠性問題需要解決。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種平面氣體傳感器及其制作方法，以在保證高溫時的 穩(wěn)定性和可靠性的前提下，簡化氣敏元件的結(jié)構(gòu)和制作工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案—種平面氣體傳感器，包括殼體和位于所述殼體內(nèi)的平面結(jié)構(gòu)的氣敏元件；所述氣敏元件具體包括基片以及依次設(shè)置在所述基片正面的加熱電阻層和氣敏 層，所述加熱電阻層和氣敏層通過絕緣介質(zhì)層隔離。優(yōu)選的，在上述平面氣體傳感器中，所述基片的背面設(shè)有隔熱層。優(yōu)選的，在上述平面氣體傳感器中，所述基片為96%氧化鋁陶瓷基片。優(yōu)選的，在上述平面氣體傳感器中，所述隔熱層的厚度為20 30i!m，所述絕緣介 質(zhì)層的厚度為15 20 iim，所述氣敏層的厚度為50 lOOiim。優(yōu)選的，在上述平面氣體傳感器中，所述絕緣介質(zhì)層為玻璃介質(zhì)漿料、陶瓷介質(zhì)漿料中的一種或二者的混合。優(yōu)選的，在上述平面氣體傳感器中，所述加熱電阻層為二氧化釕。一種平面氣體傳感器的制作方法，包括步驟絲網(wǎng)印刷加熱用平行帶狀金電極；絲網(wǎng)印刷加熱電阻層；在加熱電阻層上套印加熱電極；在加熱電阻層上絲網(wǎng)印刷絕緣介質(zhì)層；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層檢測電極；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層，形成氣敏元件；將所述氣敏元件焊接到管座上，封裝處理，形成平面氣體傳感器。優(yōu)選的，在上述平面氣體傳感器的制作方法中，在將氣敏元件焊接到管座上之前， 還包括步驟絲網(wǎng)印刷基片背面的隔熱層。優(yōu)選的，在上述平面氣體傳感器的制作方法中，在絲網(wǎng)印刷任意一個功能層或電 極后均需要對相應(yīng)的功能層或電極進(jìn)行燒結(jié)處理。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的平面氣體傳感器通將氣敏元件的核心 結(jié)構(gòu)層，即加熱電阻層和氣敏層置于基片的同一側(cè)，因此，便于實現(xiàn)外部綁定。而且由于將 加熱電阻層和氣敏層置于基片的同一側(cè)，因此無需制作通孔將電極引到同一側(cè)，所以氣敏 元件的制作工藝難度將大大降低。本發(fā)明提供的平面氣體傳感器的制作方法通過采用絲網(wǎng)印刷工藝制作氣敏元件， 產(chǎn)品性能參數(shù)的一致性和互換性大大提高。而且將加熱電阻層和氣敏層印刷在基片的同一 側(cè)，因此無需制作通孔將電極引到同一側(cè)，所以氣敏元件的制作工藝難度將大大降低。通過對本發(fā)明提供的平面氣體傳感器的長期氣敏性能考察，表明此結(jié)構(gòu)元件與同 類型平面氣體傳感器具有同等的靈敏度，而且元件工作性能穩(wěn)定可靠。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的平面氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的平面氣體傳感器的制作方法的工藝流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種平面氣體傳感器及其制作方法，以在保證高溫時的穩(wěn)定性和可 靠性的前提下，簡化氣敏元件的結(jié)構(gòu)和制作工藝。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的平面氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為基片，2為加熱電阻層，3為絕緣介質(zhì)層，4為氣敏層，5為加熱電極，6為 隔熱層，7為氣敏層檢測電極。本發(fā)明提供的平面氣體傳感器，包括殼體和位于所述殼體內(nèi)的平面結(jié)構(gòu)的氣敏元 件。其中殼體包括管帽和管座，管座上設(shè)有管針，氣敏元件是焊接在管座上的，以實現(xiàn)與外 部設(shè)備或電源的連接。由于本發(fā)明的重點并不涉及殼體，因此并未提供有關(guān)殼體的附圖。本發(fā)明的重點在于，氣敏元件包括基片1以及依次設(shè)置在所述基片1正面的加熱 電阻層2和氣敏層4，所述加熱電阻層2和氣敏層4通過絕緣介質(zhì)層3隔離。其中，所述絕 緣介質(zhì)層3的優(yōu)選厚度為15 20 y m,所述氣敏層4的優(yōu)選厚度為50 100 u m。另外，絕 緣介質(zhì)層3可以為玻璃介質(zhì)漿料、陶瓷介質(zhì)漿料中的一種或二者的混合，加熱電阻層2優(yōu)選 為二氧化釕系電阻漿料制得，阻值以加熱功率為基礎(chǔ)設(shè)計。所謂基片1的正面并無特殊意 義，對于氣敏元件的制作工藝而言，只需要將加熱電阻層2和氣敏層4制作到基片1的一面 即可。所述的正面只是在使用時向上的一面成為正面。本發(fā)明提供的平面氣體傳感器和現(xiàn) 有平面氣體傳感器的區(qū)別在于，加熱電阻層2和氣敏層4位于基片1的同一側(cè)，并通過絕緣 介質(zhì)層3將二者隔離，而現(xiàn)有的氣體傳感器是通過基片1進(jìn)行隔離的。由于加熱電阻層2 和氣敏層4均需要引出電極(加熱電極5和氣敏層檢測電極7)，而且二者的電極需要引入 到基片1的同一側(cè)，因此現(xiàn)有氣體傳感器將加熱電阻層2和氣敏層4分別置于基片1的兩 側(cè)，無疑會增加穿引電極的工序步驟。綜上所述，本發(fā)明提供的平面氣體傳感器和現(xiàn)有氣體傳感器的結(jié)構(gòu)相比，其將氣 敏元件的核心結(jié)構(gòu)層，即加熱電阻層2和氣敏層4置于基片1的同一側(cè)，因此，便于實現(xiàn)外 部綁定。而且由于將加熱電阻層2和氣敏層4置于基片1的同一側(cè)，因此無需制作通孔將 電極引到同一側(cè)，省去了制作通孔，牽引電極的步驟，所以氣敏元件的制作工藝難度將大大 降低。通過對本發(fā)明提供的平面氣體傳感器的長期氣敏性能考察，表明此結(jié)構(gòu)元件與同 類型平面氣體傳感器具有同等的靈敏度，而且元件工作性能穩(wěn)定可靠。進(jìn)一步為了優(yōu)化上述技術(shù)方案，在基片1的背面設(shè)有隔熱層6，其中，隔熱層6的優(yōu) 選厚度為20 30i!m。所謂基片1的背面是相對上述中基片1的正面而言的，也無特殊意 義，只是基片1的設(shè)有加熱電阻層2和氣敏層4的另外一面。由于氣敏層4的最佳工作溫 度較高，一般為300°C，因此設(shè)置了用于對氣敏層4加熱的加熱電阻層2，但是加熱電阻層2 的熱量不僅會向氣敏層4傳導(dǎo)，還會向基片1傳導(dǎo)，由于基片1 一般為陶瓷材料制得，其散 熱速度較快，這樣大大浪費了功耗。本發(fā)明提供的平面氣體傳感器通過在基片1的背面設(shè) 有隔熱層6，將會減緩基片1的散熱速度，提高其保溫性能，因此大大降低了氣敏元件的功 耗，節(jié)省了電能?；?優(yōu)選為96%氧化鋁陶瓷基片，96%氧化鋁陶瓷以其高絕緣、高導(dǎo)熱、高可 靠、強(qiáng)硬度、耐高溫、耐磨、抗氧化、力學(xué)性能突出等優(yōu)良性能成為本發(fā)明基片1的最佳選 擇。本發(fā)明提供的平面氣體傳感器的制作方法，包括步驟101 準(zhǔn)備基片；
將基片準(zhǔn)備好，并用乙醇清洗基片，烘干。步驟102:印刷隔熱層；絲網(wǎng)印刷基片背面的隔熱層，并且進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理。步驟103 絲網(wǎng)印刷加熱用平行帶狀金電極，并且進(jìn)行燒結(jié)處理；步驟104 印刷加熱電阻層；在基片的中心位置印刷加熱電阻漿料，燒結(jié)成加熱電阻層。步驟105 套印加熱電極；在加熱電阻層上套印為加熱電阻層供電的加熱電極，并且進(jìn)行燒結(jié)處理。步驟105 和步驟103印刷的加熱電極是為加熱電阻層供電的電極，兩層加熱電極分別印刷在加熱電 阻層的兩側(cè)。 步驟106 印刷絕緣介質(zhì)層；在加熱電阻層的中心位置印刷絕緣介質(zhì)層材料，并且進(jìn)行燒結(jié)處理。步驟107 印刷氣敏層檢測電極；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層檢測電極，并且進(jìn)行燒結(jié)處理。步驟108:印刷氣敏層；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層，并且進(jìn)行燒結(jié)處理，形成氣敏元件。步驟109 封裝；將上述形成的氣敏元件焊接到管座上，并進(jìn)行封裝處理，形成平面氣體傳感器。需要說明的是，因為隔熱層與加熱電阻層和氣敏層相比是印刷在基板的不同面上 的，所以步驟102和其他印刷工藝(步驟103-步驟107)相比，并沒有先后順序，可以先印 刷基板正面的功能層，其中功能層包括加熱電阻層和氣敏層；也可以先印刷隔熱層。由于 基板背面僅有一層隔熱層，因此本發(fā)明優(yōu)選的先印刷基板背面的隔熱層，印刷完隔熱層后， 再印刷基板正面的功能層。綜上所述，本發(fā)明提供的平面氣體傳感器的制作方法通過采用絲網(wǎng)印刷工藝制作 氣敏元件，產(chǎn)品性能參數(shù)的一致性和互換性大大提高。而且將加熱電阻層和氣敏層印刷在 基片的同一側(cè)，因此無需制作通孔將電極引到同一側(cè)，所以氣敏元件的制作工藝難度將大 大降低。本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
一種平面氣體傳感器，包括殼體和位于所述殼體內(nèi)的平面結(jié)構(gòu)的氣敏元件，其特征在于，所述氣敏元件具體包括基片(1)以及依次設(shè)置在所述基片(1)正面的加熱電阻層(2)和氣敏層(4)，所述加熱電阻層(2)和氣敏層(4)通過絕緣介質(zhì)層(3)隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的平面氣體傳感器，其特征在于，所述基片(1)的背面設(shè)有隔熱層(6)。
3.如權(quán)利要求1所述的平面氣體傳感器，其特征在于，所述基片(1)為96%氧化鋁陶瓷基片o
4.如權(quán)利要求2所述的平面氣體傳感器，其特征在于，所述隔熱層(6)的厚度為20 30 u m,所述絕緣介質(zhì)層(3)的厚度為15 20 y m,所述氣敏層(4)的厚度為50 100 u m。
5.如權(quán)利要求1所述的平面氣體傳感器，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層(3)為玻璃介質(zhì) 漿料、陶瓷介質(zhì)漿料中的一種或二者的混合。
6.如權(quán)利要求1所述的平面氣體傳感器，其特征在于，所述加熱電阻層(2)為二氧化釕。
7.一種平面氣體傳感器的制作方法，其特征在于，包括步驟 絲網(wǎng)印刷加熱用平行帶狀金電極；絲網(wǎng)印刷加熱電阻層；在加熱電阻層上套印加熱電極；在加熱電阻層上絲網(wǎng)印刷絕緣介質(zhì)層；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層檢測電極；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層，形成氣敏元件；將所述氣敏元件焊接到管座上，封裝處理，形成平面氣體傳感器。
8.如權(quán)利要求7所述的平面氣體傳感器的制作方法，其特征在于，在將氣敏元件焊接 到管座上之前，還包括步驟絲網(wǎng)印刷基片背面的隔熱層。
9.如權(quán)利要求7或8所述的平面氣體傳感器的制作方法，其特征在于，在絲網(wǎng)印刷任意 一個功能層或電極后均需要對相應(yīng)的功能層或電極進(jìn)行燒結(jié)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面氣體傳感器，包括殼體和位于殼體內(nèi)的氣敏元件，氣敏元件包括基片以及依次設(shè)置在其正面的加熱電阻層和氣敏層，加熱電阻層和氣敏層通過絕緣介質(zhì)層隔離。本發(fā)明還公開了一種平面氣體傳感器的制作方法，包括步驟絲網(wǎng)印刷加熱用平行帶狀金電極；絲網(wǎng)印刷加熱電阻層；在加熱電阻層上套印加熱電極；在加熱電阻層上絲網(wǎng)印刷絕緣介質(zhì)層；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層檢測電極；在絕緣介質(zhì)層上絲網(wǎng)印刷氣敏層，形成氣敏元件；將氣敏元件焊接到管座上。本發(fā)明提供的平面氣體傳感器將氣敏元件加熱電阻層和氣敏層置于基片的同一側(cè)，因此無需制作通孔將電極引到同一側(cè)，所以氣敏元件的制作工藝難度將大大降低。
文檔編號B81C1/00GK101975803SQ20101028711
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者張小水, 申紀(jì)偉, 祁明鋒, 鐘克創(chuàng), 高勝國 申請人:鄭州煒盛電子科技有限公司