[发明专利]一种催化及热导集成气体传感器的制造方法、传感器及工作方法

权利要求书

1.一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：

具体步骤为：

a、利用电化学原位生长方法制造多孔Al₂O₃陶瓷基片，表面机械研磨、抛光处理；

b、采用微加工工艺，光刻掩模，湿法刻蚀Al₂O₃陶瓷基片，形成传感器芯片载体；

c、使用溅射工艺，在芯片载体表面沉积铂膜；

d、采用光刻工艺，掩模光刻，形成加热电极和信号电极图形；

e、采用干法刻蚀工艺，刻蚀铂膜，直至未掩模的铂膜全部刻蚀完成；

f、清洗，烘干，热处理；

g、使用蒸镀工艺，在芯片载体表面沉积镍铬薄膜；

h、采用光刻工艺，掩模光刻，形成镍铬薄膜桥路电阻图形；

m、采用湿法刻蚀工艺，刻蚀镍铬薄膜，直至未掩模的镍铬薄膜全部刻蚀完成；

n、采用反加电电化学反应，剥离芯片载体与金属基底，形成单个的传感器芯片载体，所述单个的传感器芯片载体分别为一对用于催化单元检测桥路电阻、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元；

o、将芯片载体并放入烧结炉中烧结；

p、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铝溶液，高温650-700℃处理；

q、向催化敏感单元、催化补偿单元、热导补偿单元浸铂钯盐溶液，高温550-600℃处理；

j、向催化补偿单元、热导补偿单元浸硝酸铅溶液，高温600-650℃处理；

s、将金属铂引线沾上高温导电金浆料，粘接在焊盘处，放入烧结炉中烧结；

x、将芯片封装在标准14脚管座的引线柱上，封于管壳内，形成催化和热导集成气体传感器。

2.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤x中，将一对用于催化单元检测桥路、一对用于热导单元检测桥路电阻、催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元封装到一个具有五孔的管壳内，热导补偿单元实行气密性封装，催化敏感单元、催化补偿单元、一对用于催化单元检测桥路电阻和一对用于热导单元检测桥路电阻实行开口式非气密性封装，形成可检测宽范围气体浓度的集成气体传感器。

3.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤n中，一对用于催化单元检测桥路和一对用于热导单元检测桥路电阻采用薄膜工艺、湿法刻蚀工艺及激光刻蚀调阻工艺制造而成，形成成对的相同的结构尺寸的等阻值电阻，并做为惠斯通电桥的双臂，分别用于催化敏感元件和热导敏感元件信号的提取。

4.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤n中，催化敏感单元、催化补偿单元和热导补偿单元设计一致性尺寸的镂空悬浮结构。

5.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤c中，在芯片载体表面沉积铂膜的厚度0.3-1.5um。

6.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤g中，在芯片载体表面沉积镍铬薄膜的厚度0.3-0.5um。

7.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤f中，热处理温度300-350℃；所述步骤o中，烧结温度700-750℃。

8.根据权利要求1所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤s中，将直径0.04mm的金属铂引线沾上高温导电金浆料，烧结温度550-600℃。

9.一种基于权利要求1-8任一所述的一种催化及热导集成气体传感器的制造方法获得的催化及热导集成气体传感器。

10.一种基于权利要求9所述的一种催化及热导集成气体传感器的使用方法，其特征在于：具体为：由催化敏感单元、催化补偿单元，以及一对用于催化单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于催化单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于催化单元检测桥路电阻接点，形成催化敏感元件的信号检测；

同理，由催化敏感单元、催化补偿单元，其中催化补偿单元作为热导敏感单元，以及一对用于热导单元检测桥路电阻组成的惠斯通电桥，桥路中催化敏感单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源正；催化补偿单元和用于热导单元检测桥路电阻接点加载工作电压的电源负；输出信号正端接催化敏感单元和催化补偿单元接点，输出信号负端接用于热导单元检测桥路电阻接点，形成热导敏感元件的信号检测；

当检测被测气体浓度超过催化敏感元件检测上限时，关闭催化敏感元件的惠斯通电桥，同时启动热导敏感元件组成的惠斯通电桥，继续检测被测气体的高浓度；当气体浓度下降到热导单元检测下限时，关闭热导单元的惠斯通电桥，同时启动催化单元的惠斯通电桥，实现宽范围被测气体浓度的检测。