[发明专利]一种带温度调制的三桥臂催化式微气体传感器制造方法

说明书

(一)技术领域

本发明属于传感器制造领域，特别涉及到一种带温度调制的三桥臂催化式微气体传感器制造方法。

(二)背景技术

催化燃烧原理气体传感器是可燃性气体传感器家族中，性能优良，应用最为广泛一类传感器。传统催化燃烧式传感器存在以下问题，并影响其性能及应用。(1)手动绕制线圈，制作敏感加热电阻和补偿电阻，导致绕制线圈阻值不一致，使得敏感电阻和补偿电阻匹配性不好，传感器零点输出差异性较大。(2)传统催化燃烧式传感器只能靠手工操作，批量制作难度大，互换性不好。(3)功耗大，不易集成。(4)环境温度对传感器的干扰，只能靠敏感单元和补偿单元的良好匹配性消除，而手工操作难以实现良好的匹配性，因而环境温度变化是造成传感器误差的一个原因。

采用硅微加工和平面IC工艺制造出的微三桥臂结构的催化气体传感器，具有制作的敏感电阻和补偿电阻一致性好、匹配性强、体积小、功耗相对较低的特点，同时由于集成铂温度敏感单元，因而气体传感器本身具有环境温度调制和补偿功能，有效提高气体传感器的检测精度。

本发明方法的有益效果是，可以实现自动化程度较高的批量制作催化气体传感器。这种方法制作的敏感电阻和补偿电阻解决了传统催化式气体传感器制作方法在阻值一致性和匹配性方面存在的问题，同时与铂温度敏感单元集成，使传感器具有环境温度调制和补偿功能，同时由于传感器在体积方面相对减少，因而在功耗方面也有一定的降低。

(三)发明内容

本发明的目的是为了解决传统催化传感器存在的以下问题：(1)手动绕制线圈，制作敏感加热电阻和补偿电阻，导致绕制线圈阻值不一致，使得敏感电阻和补偿电阻匹配性不好，传感器零点输出差异性较大。(2)传统催化燃烧式传感器只能靠手工操作，批量制作难度大，互换性不好。(3)功耗大，不易集成。(4)环境温度对传感器的干扰，只能靠敏感单元和补偿单元的良好匹配性消除。

本发明的目的是这样实现的：

a、采用平面IC工艺在单晶硅片抛光面进行干法(或湿法)氧化后，在一侧面沉积氮化硅介质隔离层，在氮化硅层上利用溅射(等离子沉积或电子束蒸发)沉积三氧化二铝介质过渡层。

b、采用平面薄膜溅射工艺，在三氧化二铝介质过渡层上沉积微米级的铂膜。

c、在单晶硅片抛光面另一侧(背面)复制图形，湿法腐蚀而形成硅杯。

d、在沉积的铂膜面，掩膜光刻复制图形，利用离子束(或等离子)刻蚀铂膜，形成气体敏感单元和气体补偿单元的加热电阻，同时形成温度敏感单元。然后，在露出的三氧化二铝过渡层上，掩膜光刻复制图形，逐层湿法腐蚀三氧化二铝过渡层、氮化硅介质隔离层、氧化硅介质隔离层、单晶硅，在硅片上形成三个桥臂的芯片单元。

e、在铂电极引出端利用镀膜工艺进行电极金化，用金丝球焊接法(或浆料焊接、平行焊接)焊接内引线。

f、在敏感单元和补偿单元的桥臂上分别涂敷纳米粉体三氧化二铝催化载体浆料，烧结固化。在烧结后的催化载体上分别涂敷催化剂和去敏剂，高温热处理后形成催化式气体敏感芯片。

g、制作好的芯片用管座和管壳封装

本发明还可以包括这样一些特征：

1、所述的采用平面薄膜溅射工艺沉积的铂膜厚度在0.5-2微米之间，铂膜纯度大于99％。

2、所述的气体敏感单元和气体补偿单元的加热电阻，阻值在2～100欧姆之间；温度敏感单元测温阻值在10-1000欧姆之间。

3、所述的温度敏感单元可放置在中间桥臂上，也可放置在一侧桥臂上。

4、所述的三氧化二铝催化载体纳米粉体粒度在20-80纳米范围，烧结温度在600-800℃范围，涂敷催化剂和去敏剂后热处理温度在300-800℃范围。

5、所述的封装管壳的结构为三个独立的腔室，分别对应敏感单元、补偿单元及温度敏感单元，腔室上部开有不同尺寸的通气小孔，并要求敏感单元上的孔大于补偿单元上的孔。孔的直径在0.2-1mm之间

(四)附图说明

图1带温度调制的三桥臂催化式微气体传感器制备工艺流程图

图2三桥臂催化式气体传感器示意图

图3三桥臂催化式气体传感器封装外壳示意图

(五)具体实施方式