微加熱器和微傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微加熱器和微傳感器,更具體地,涉及一種微加熱器和微傳感器,其中形成圍繞加熱器導線的空氣間隙,并且在多孔襯底上形成加熱器導線。
【背景技術】
[0002]因為這些時日對于環(huán)境問題的關注正在逐漸增加,所以需要研發(fā)能夠在短時間內獲得準確的各種信息的小型傳感器。特別在氣體傳感器的小型化、精度提高和成本降低方面進行了努力,以便于測量相關的氣體濃度,從而容易用于舒適的生活空間、有害工業(yè)環(huán)境管理、食品價格、食品生產處理管理等。
[0003]當前,氣體傳感器逐漸由包括燒結陶瓷或厚膜的傳統(tǒng)結構發(fā)展到包括通過采用半導體處理技術實現(xiàn)的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的結構。
[0004]從測量方法方面來看,當前對于氣體傳感器使用最廣泛的技術是在吸收氣體入內時測量傳感器的感測材料的電性能上的變化。通常使用諸如Sn02的金屬氧化物作為感測材料,其優(yōu)點在于:測量方法相對簡單,其中根據(jù)目標氣體的氣體濃度測量導電率的變化。這時,金屬氧化物的感測材料被加熱到高溫,并且其操作期間的測量值中的變化變得更顯著,因此,對于氣體濃度的快速和精確測量而言,精確的溫度控制是必要的。并且,在測量時,通過高溫加熱強制去除感測材料中已經吸收的殘余氣體或濕氣,感測材料恢復成其原始狀態(tài),然后測量氣體濃度。因此,氣體傳感器的溫度特性直接影響關鍵的測量因素,例如,敏感度、恢復時間、響應時間和傳感器的類似因素。
[0005]因此,對于有效的加熱,能夠只局部地和均勻地加熱感測材料的微加熱器類型是有效的。然而,當利用微型氣體傳感器測量時,如果對于溫度控制需要大的功率消耗,那么即使在傳感器和測量電路的體積小的情況下,也需要大電池或大功率源,因此,整個測量系統(tǒng)的尺寸最終將由這些因素決定。因此,為了實現(xiàn)微型氣體傳感器,首先必須要考慮低功率消耗的結構。
[0006]到目前為止,在制備大部分微型氣體傳感器時,慣用導熱性非常大的的硅襯底,因此,為了降低熱損耗,通過使用體微機械加工工藝在傳感器結構內部形成蝕刻的凹陷或溝槽而形成與襯底分離的懸浮結構,然后在該結構上順序形成微加熱器、絕緣層、感測材料等,通過這種方法,可以降低部分的熱傳遞損耗。然而,在這種情況下,因為制備方法是基于使用襯底本身的結晶方向性的濕蝕刻工藝,所以對于傳感器元件的小型化有限制,此外,由于使用的諸如氫氧化鉀(Κ0Η)等的蝕刻劑的物理性能,已經存在與標準CMOS半導體工藝的兼容性的問題。
[0007]前沿技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]韓國專利公開號2009-0064693
【發(fā)明內容】
[0010]技術問題
[0011]致力于解決上述問題的本發(fā)明的目的在于提供一種具有很小的熱容量的微加熱器和微傳感器。
[0012]解決問題的方案
[0013]為了實現(xiàn)所述目的,本發(fā)明的一種微加熱器包括:多孔襯底;以及加熱器電極,該加熱器電極形成在所述多孔襯底上并且包括加熱器導線和連接至所述加熱器導線的加熱器電極焊盤,其中圍繞所述加熱器導線的空氣間隙形成在所述多孔襯底中。
[0014]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的另一種微加熱器包括:多孔襯底;以及加熱器電極,該加熱器電極形成在所述多孔襯底中并且包括加熱器導線和連接至所述加熱器導線的加熱器電極焊盤,其中,支撐所述加熱器導線的第一支撐部分和支撐所述加熱器電極焊盤的第二支撐部分形成在所述多孔襯底上,并且空氣間隙形成在所述第一支撐部分和所述第二支撐部分之間,以及所述第二支撐部分的形狀形成為與所述加熱器電極焊盤的形狀相同或相似。
[0015]所述多孔襯底由氧化鋁多孔層形成;所述第一支撐部分的區(qū)域形成為具有比所述加熱器導線的區(qū)域大的區(qū)域;變色保護層形成在所述加熱器電極的上側上;所述變色保護層包括氧化物系材料;所述變色保護層為二氧化硅或氧化鋁;焊接金屬形成在所述加熱器電極焊盤的端部中;以及所述焊接金屬可以為金、銀和錫中的至少一種。
[0016]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的一種微傳感器包括:多孔襯底;傳感器電極,該傳感器電極形成在所述多孔襯底中并且包括傳感器導線和連接至所述傳感器導線的傳感器電極焊盤;以及加熱器電極,該加熱器電極形成在所述多孔襯底上并且包括加熱器電極焊盤和加熱器導線,該加熱器導線連接至所述加熱器電極焊盤并且比所述傳感器電極焊盤更靠近所述傳感器導線布置,其中圍繞所述加熱器導線和所述傳感器導線的空氣間隙形成在所述多孔襯底中。
[0017]在上述配置中,所述多孔襯底由氧化鋁多孔層形成,并且還可以包括覆蓋所述加熱器導線和所述傳感器導線的感測材料。
[0018]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的另一種微傳感器包括:加熱器電極,該加熱器電極包括加熱器導線和加熱器電極焊盤,在所述加熱器導線中多個第一突出形成在其端部部分中,以及所述加熱器電極焊盤連接至所述加熱器導線;傳感器電極,其包括傳感器導線和傳感器電極焊盤,在所述傳感器導線中多個第二突出布置在所述第一突出之間,所述傳感器電極焊盤連接至所述傳感器導線;以及氧化鋁多孔層,其支撐加熱器電極和所述傳感器電極,其中空氣間隙通過去除所述氧化鋁多孔層的一部分而形成在所述加熱器電極焊盤和所述傳感器電極焊盤之間。
[0019]所述氧化鋁多孔層包括支撐所述加熱器導線和所述傳感器導線的第一支撐部分,其中所述空氣間隙可以形成在所述第一支撐部分的外部。
[0020]所述氧化鋁多孔層可以包括:第一支撐部分,其支撐所述加熱器導線和所述傳感器導線;加熱器電極焊盤支撐件,其支撐所述加熱器電極焊盤,并形成為與所述加熱器電極焊盤的輪廓相同但寬度比所述加熱器電極焊盤的寬度更寬;以及傳感器電極焊盤支撐件,其支撐所述傳感器電極焊盤,并形成為具有所述傳感器電極焊盤的輪廓相同但是寬度比所述傳感器電極焊盤的寬度更寬。
[0021]感測材料附加地形成在與所述第一支撐部分對應的位置中;所述感測材料通過印刷形成;形成所述加熱器電極焊盤中的至少兩個;變色保護層形成在所述加熱器電極或者所述傳感器電極的上側上;所述變色保護層包括氧化物系材料;所述變色保護層為二氧化硅或者氧化鋁;焊接金屬形成在所述加熱器電極焊盤或者所述傳感器電極焊盤的端部中;以及所述焊接金屬可以為金、銀和錫中的至少一種。
[0022]此外,空氣間隙形成為圍繞第一支撐部分。
[0023]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的另一種微傳感器包括:多孔襯底;傳感器電極,其形成在所述多孔襯底上并且包括傳感器導線和連接至所述傳感器導線的傳感器電極焊盤;以及加熱器電極,其形成在所述多孔襯底上并且包括加熱器導線和連接至所述加熱器導線的加熱器電極焊盤,其中,所述多孔襯底包括:傳感器電極焊盤支撐件,其支撐所述傳感器電極焊盤;以及加熱器電極焊盤支撐件,其支撐所述加熱器電極焊盤,其中,空氣間隙形成在所述加熱器電極焊盤支撐件和所述傳感器電極焊盤支撐件之間。
[0024]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的再一種微傳感器包括:多孔襯底;傳感器電極,其形成在所述多孔襯底上并且包括傳感器導線以及連接至所述傳感器導線的傳感器電極焊盤;加熱器電極,其形成在所述多孔襯底上并且包括加熱器導線和連接至所述加熱器導線的加熱器電極焊盤,其中,所述多孔襯底包括:第一支撐部分,其支撐所述加熱器導線和所述傳感器導線;加熱器電極焊盤支撐件,其支撐所述加熱器電極焊盤;以及傳感器電極焊盤支撐件,其支撐所述傳感器電極焊盤,其中,通過去除除了所述第一支撐部分、所述加熱器電極焊盤支撐件和所述傳感器電極焊盤支撐件之外的區(qū)域而形成空氣間隙。
[0025]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的又一種微傳感器包括:加熱器電極,其包括加熱器導線以及第一加熱器電極焊盤和第二加熱器電極焊盤,在加熱器導線中多個第一突出形成在在加熱器導線的端部部分中,并且所述第一加熱器電極焊盤和所述第二加熱器電極焊盤連接至所述加熱器導線的兩側;傳感器電極,其包括傳感器導線和傳感器電極焊盤,在所述傳感器導線中多個第二突出布置在所述第一突出之間,所述傳感器電極焊盤連接至所述傳感器導線;以及多孔襯底,其支撐所述加熱器電極和所述傳感器電極,其中,所述多孔襯底包括:第一支撐部分,其支撐所述加熱器導線和所述傳感器導線;第一加熱器電極焊盤支撐件,其支撐所述第一加熱器電極焊盤;第二加熱器電極焊盤支撐件,其支撐所述第二加熱器電極焊盤;傳感器電極焊盤支撐件,其支撐所述傳感器電極焊盤;以及空氣間隙,其形成在所述第一支撐部分的外側。
[0026]所述第一加熱器電極焊盤支撐件、所述第二加熱器電極焊盤支撐件和所述傳感器電極焊盤支撐件中的至少一部分通過所述空氣間隙彼此分離。
[0027]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的一種微加熱器包括:多孔襯底;以及加熱器電極,其形成在所述多孔襯底上并且包括加熱器導線和連接至所述加熱器導線的加熱器電極焊盤,其中,圍繞所述加熱器導線的空氣間隙形成所述所述多孔襯底中;以及開口,其布置在所述加熱器導線的下部部分中并且與所述空氣間隙連通,該開口形成在所所述多孔襯底的下部部分中。
[0028]所述多孔襯底可以由氧化鋁形成;多個孔在所述多孔襯底中沿著垂直方向穿透地形成;并且所述孔能夠與所述開口連通;
[0029]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的一種微傳感器包括:多孔襯底;傳感器電極,其形成在所述多孔襯底上,并且包括傳感器導線和連接至所述傳感器導線的傳感器電極焊盤;以及加熱器電極,其形成在所述多孔襯底上,并且包括加熱器電極焊盤和加熱器導線,所述加熱器導線連接至所述加熱器電極焊盤并且比所述傳感器電極焊盤更靠近所述傳感器導線布置,其中圍繞所述加熱器導線和所述傳感器導線的空氣間隙形成在所述多孔襯底中;以及開口,其布置在所述加熱器導線的下部部分中并且與所述空氣間隙連通,所述開口形成在所述多孔襯底的下部部分中。
[0030]感測材料可以以覆蓋所述加熱器導線和所述傳感器導線的方式形成在所述多孔襯底中。
[0031]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明的一種制備微加熱器的方法包括以下步驟:在多孔襯底中形成加熱器電極,開口形成在在所述多孔襯底的下部部分