一種傳感器元件的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種傳感器元件的制造方法，1）在外側(cè)覆蓋板上印制聚酰亞胺薄膜、云母板石棉等絕緣層材料，烘干得到絕緣的外側(cè)覆蓋板；2）設(shè)定外側(cè)覆蓋板和電極基片之間作為間隔反應(yīng)帶；3）在間隔反應(yīng)帶內(nèi)側(cè)均勻地填充一層固形材料，間隔反應(yīng)層內(nèi)剩余的空間用作氣體通道；固形材料的主要成分為丙烯類(lèi)樹(shù)脂和密封性好且耐高溫的石墨4）將氣體敏感涂料加熱，壓制在半導(dǎo)體電子元件一側(cè)，固定于電極基片上；5）將載有半導(dǎo)體電子元件的電極基片整體固定于氣體通道的中央，氣體敏感層正對(duì)氣體輸入方向；6）熱壓燒制，常溫下冷卻，得到氣體傳感器元件。該制作過(guò)程提高芯片壽命、提高成品率、制作工藝簡(jiǎn)單。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種傳感器元件的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器元件的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種傳感器元件的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車(chē)排放法規(guī)的日益提高，對(duì)廢氣排放控制要求也越來(lái)越高，為此汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)需要更短的冷啟動(dòng)時(shí)間來(lái)滿(mǎn)足要求。同時(shí)考慮能源節(jié)省的需要，一種集成度高、體積小、消耗功率小、啟動(dòng)速度快的片式氧傳感器成為一種趨勢(shì)，以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)冷啟動(dòng)后盡可能快速進(jìn)入閉環(huán)控制的要求，同時(shí)降低氧傳感器的電能消耗。
[0003]目前已有的片式傳感器結(jié)構(gòu)主要由3層氧化鋯基板和若干功能厚膜層組成，氧化鋯基板主要通過(guò)流延或者軋膜的方法成型，而厚膜功能層主要通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)獲得。氧傳感器的測(cè)量電極和參比電極分別形成于基板的內(nèi)外表面上，通過(guò)沖壓成型將基板的中部沖開(kāi)一道狹長(zhǎng)的口子，以便形成參比空氣通道；而由陶瓷絕緣層包裹的鉬加熱元件配置在底部基板的內(nèi)表面上，還要在基板的末端打兩個(gè)通孔將內(nèi)表面的加熱元件同外表面末端的加熱電極片連接起來(lái)，這樣就構(gòu)成了敏感元件和加熱元件集成一體的片式氧傳感器結(jié)構(gòu)。但該結(jié)構(gòu)厚度厚、體積大、制作工序復(fù)雜，且加熱元件以包裹形式植于傳感器內(nèi)部，穩(wěn)定性比較差，且容易漏電。
[0004]氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，目前已有的氣體傳感器種類(lèi)繁多，按所用氣敏材料及其氣敏特性不同，可分為半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)式、電化學(xué)式、接觸燃燒式等。
[0005]1、半導(dǎo)體氣體傳感器
這種傳感器在氣體傳感器中約占60%。按照其機(jī)理可分為電阻式和非電阻式兩種。電阻式采用Sn02、Zn0等金屬氧化物材料制備，有多孔燒結(jié)件、厚膜、薄膜等形式。主要是通過(guò)檢測(cè)氣敏元件的電阻隨氣體含量的變化情況而定的，主要使用金屬氧化物陶瓷氣敏材料。非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣敏元件的電流與電壓隨氣體含量變化而工作的。
[0006]2、固體電解質(zhì)氣體傳感器
這種傳感器元件為離子對(duì)固體電解質(zhì)隔膜傳導(dǎo)。其機(jī)理是利用隔膜兩側(cè)兩個(gè)電池之間的電位差等于濃差電池的電勢(shì)。通過(guò)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量氣體濃度，如可以測(cè)量H2S的YST-AU-W03、測(cè)量 NH3 的 NH+4CaC03 等。
[0007]3、接觸燃燒式氣體傳感器
這種氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。其工作原理是:氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使傳感器的電熱絲升溫，從而使其電阻值產(chǎn)生變化，通過(guò)測(cè)量電阻變化來(lái)測(cè)量氣體的濃度。這種傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w，對(duì)不可燃其他不敏感。
[0008]雖然目前已有的氣體傳感器種類(lèi)繁多、原理各不相同，但每種類(lèi)型的傳感器都只能對(duì)特定氣體有效，而且傳感器的選擇性與適用范圍不能兼顧，即如果選擇性好的話(huà)，則可探測(cè)的氣體種類(lèi)少，如果可探測(cè)的氣體種類(lèi)多的話(huà)，則選擇性不高。
[0009]在專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01410285080.X的專(zhuān)利申請(qǐng)中提供了一種薄膜芯片氣體傳感器，包括一塊襯底，襯底上有一個(gè)底電極，在襯底和底電極上有一層半導(dǎo)體材料薄層，半導(dǎo)體材料薄層上有一層無(wú)序型金屬膜系，在該無(wú)序型金屬膜系上有點(diǎn)電極；所述底電極和點(diǎn)電極由導(dǎo)線(xiàn)引出而外接電流計(jì)；將所述結(jié)構(gòu)安置在一個(gè)單開(kāi)口的封閉盒子內(nèi)。還公開(kāi)了一種薄膜芯片氣體傳感器制備方法，用于制備上述傳感器芯片，制備一塊襯底材料，在該襯底材料的表面首先鍍上底電極，再鍍半導(dǎo)體材料薄層，再鍍有無(wú)序型金屬膜系，最后鍍上點(diǎn)電極，將整個(gè)結(jié)構(gòu)置于一個(gè)單開(kāi)口的封閉的盒子中；應(yīng)用于檢測(cè)氣體時(shí)，當(dāng)氣體通過(guò)封閉盒子，在貴金屬系作為催化劑的作用下，發(fā)生催化化學(xué)反應(yīng)，放出的熱量激發(fā)金屬中的電子越過(guò)金屬和半導(dǎo)體的界面形成電流；利用電流計(jì)檢測(cè)電流信號(hào)，利用檢測(cè)電流信號(hào)的大小以及相對(duì)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體及其含量的檢測(cè)。所述襯底可選有二氧化硅氧化層的硅片或玻璃片或金屬片；在選用襯底過(guò)程時(shí)，對(duì)基片進(jìn)行處理，處理方法為腐蝕，離子注入、原位刻蝕和生長(zhǎng)種子層。所述生長(zhǎng)種子層的方法為磁控濺射或分子束外延或電化學(xué)沉積。該申請(qǐng)的薄膜芯片氣體傳感器具有靈敏度高，響應(yīng)快，選擇性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，并可針對(duì)任何氣體進(jìn)行設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)氣體傳感器性能不能兼顧的缺點(diǎn)。
[0010]在專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01010147931.6的專(zhuān)利申請(qǐng)中提供了一種集成片式氧傳感器及其制作方法，其制備方法包括以下步驟:第一步，將5%摩爾氧化釔的氧化鋯粉末同PVBjiv油醇和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)以70?86:6?12:4?9:4?9的質(zhì)量比混合球磨制備成漿體，然后通過(guò)雙刀口技術(shù)流延成型，自然干燥后制成氧化鋯生坯帶，再通過(guò)模具沖壓成基片坯體，即上層氧化鋯基板；然后將含有70%?90%鉬粉的電極漿料和導(dǎo)電漿料印刷在上層氧化鋯基板的內(nèi)外表面，形成測(cè)量電極和參比電極；內(nèi)表面電極通過(guò)上層氧化鋯基板末端沖壓形成的電極連接通孔與外表面的內(nèi)電極連接片(19)相連；第二步，將石墨粉、PVB、松油醇和柔軟劑以30?46:20?30:16?24:10?24的質(zhì)量比混合充分，形成可絲網(wǎng)印刷漿料，并將該漿料印刷并覆蓋在內(nèi)電極表面上；該參比空氣擴(kuò)散縫隙印刷層寬度要介于上層氧化鋯基板和參比電極寬度之間，厚度要達(dá)到15到50微米，燒結(jié)后就會(huì)形成狹長(zhǎng)縫隙；第三步，將5%摩爾氧化釔的氧化鋯粉末同PVB、松油醇和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)以70?86:6?12:4?9:4?9的質(zhì)量比混合球磨制備成漿體，然后通過(guò)雙刀口技術(shù)流延成型，自然干燥后制成氧化鋯生坯帶，再通過(guò)模具沖壓成基片坯體，即下層氧化鋯基板；將含有純度達(dá)到97%以上的氧化鋁粉末的漿料印刷在下層氧化鋯基板的外表面，制備氧化鋁陶瓷絕緣層；然后將含有鉬粉的導(dǎo)電漿料印刷在該氧化鋁陶瓷絕緣層上，并一次印刷形成鉬加熱元件和加熱電極片；第四步，接下來(lái)，用含有氧化鋯粉的粘合劑將上層氧化鋯基板和下層氧化鋯基板層疊在一起，加熱至40?60度同時(shí)壓緊密實(shí)，再將測(cè)量電極端浸入含有鎂鋁尖晶石的漿料中提拉，形成包裹一體的多孔陶瓷保護(hù)層；第五步，合并包裹成一體的生坯在1300?1500度高溫?zé)Y(jié)I?3個(gè)小時(shí)，制備出集成片式氧傳感器。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)還存在如下不足:芯片強(qiáng)度達(dá)不到所需要的強(qiáng)度需求，芯片電極與測(cè)量氣體間的敏感性不夠，影響感測(cè)精準(zhǔn)度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種強(qiáng)度滿(mǎn)足要求、芯片電極與測(cè)量氣體充分接觸、感測(cè)效果良好的傳感器芯片。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，采用了如下方案:一種傳感器元件的制造方法，包括以下步驟:
1)將加熱器調(diào)至150-200°c，在外側(cè)覆蓋板上印制聚酰亞胺薄膜、云母板石棉等絕緣層材料，烘干5-8小時(shí)得到絕緣的外側(cè)覆蓋板；
2)設(shè)定外側(cè)覆蓋板和電極基片之間的距離為2-4cm，作為間隔反應(yīng)帶；
3)在間隔反應(yīng)帶內(nèi)側(cè)均勻地填充一層3-5_厚度的固形材料，間隔反應(yīng)層內(nèi)剩余的空間用作氣體通道；固形材料的主要成分為丙烯類(lèi)樹(shù)脂和密封性好且耐高溫的石墨，丙烯類(lèi)樹(shù)脂的含量為80-95wt%，石墨的含量為5-20wt%;
4)將氣體敏感涂料加熱至90-120°C，壓制在半導(dǎo)體電子元件一側(cè)，固定于電極基片上；
5)將載有半導(dǎo)體電子元件的電極基片整體固定于氣體通道的中央，氣體敏感層正對(duì)氣體輸入方向；
6)按順序擺放、組裝后，在50-85°C下熱壓燒制，常溫下冷卻8-12小時(shí)，得到氣體傳感器元件。
[0014]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體電子元件含有氣體敏感層，所述氣體敏感層正對(duì)氣體輸入方向。
[0015]進(jìn)一步地,所述氣體敏感層為對(duì)氮?dú)饣蜓鯕饷舾械拿舾心ぁ?br> [0016]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體電子元件的上下各有一層絕緣層。
[0017]進(jìn)一步地，所述氣體敏感層為有機(jī)聚合物或超分子化合物。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
采用覆蓋版和壓電基板相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，增加了芯片強(qiáng)度；并可針對(duì)特定氣體進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)特定氣體具有精準(zhǔn)的測(cè)定效果，具有靈敏度高，響應(yīng)快，選擇性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0021]實(shí)施例1
一種傳感器元件的制造方法，包括以下步驟:
1)將加熱器調(diào)至150°c，在外側(cè)覆蓋板上印制聚酰亞胺薄膜等絕緣層材料，烘干5小時(shí)得到絕緣的外側(cè)覆蓋板；
2)設(shè)定外側(cè)覆蓋板和電極基片之間的距離為2cm，作為間隔反應(yīng)帶； 3)在間隔反應(yīng)帶內(nèi)側(cè)均勻地填充一層3_厚度的固形材料，間隔反應(yīng)層內(nèi)剩余的空間用作氣體通道；固形材料的主要成分為丙烯類(lèi)樹(shù)脂和密封性好且耐高溫的石墨，丙烯類(lèi)樹(shù)脂的含量為80wt%，石墨的含量為5wt%;
4)將氣體敏感涂料加熱至90°C，壓制在半導(dǎo)體電子元件一側(cè)，固定于電極基片上；
5)將載有半導(dǎo)體電子元件的電極基片整體固定于氣體通道的中央，氣體敏感層正對(duì)氣體輸入方向；
6)按順序擺放、組裝后，在50°C下熱壓燒制，常溫下冷卻8小時(shí)，得到氣體傳感器元件。
[0022]實(shí)施例2
一種傳感器元件的制造方法，包括以下步驟:
O將加熱器調(diào)至200°C，在外側(cè)覆蓋板上印制聚酰亞胺薄膜、云母板石棉等絕緣層材料，烘干8小時(shí)得到絕緣的外側(cè)覆蓋板；
2)設(shè)定外側(cè)覆蓋板和電極基片之間的距離為4cm，作為間隔反應(yīng)帶；
3)在間隔反應(yīng)帶內(nèi)側(cè)均勻地填充一層5_厚度的固形材料，間隔反應(yīng)層內(nèi)剩余的空間用作氣體通道；固形材料的主要成分為丙烯類(lèi)樹(shù)脂和密封性好且耐高溫的石墨，丙烯類(lèi)樹(shù)脂的含量為95wt%，石墨的含量為20wt%;
4)將氣體敏感涂料加熱至120°C，壓制在半導(dǎo)體電子元件一側(cè)，固定于電極基片上；
5)將載有半導(dǎo)體電子元件的電極基片整體固定于氣體通道的中央，氣體敏感層正對(duì)氣體輸入方向；
6)按順序擺放、組裝后，在85°C下熱壓燒制，常溫下冷卻12小時(shí)，得到氣體傳感器元件。
[0023]以上僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器元件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將加熱器調(diào)至150-200°c，在外側(cè)覆蓋板上印制聚酰亞胺薄膜、云母板石棉等絕緣層材料，烘干5-8小時(shí)得到絕緣的外側(cè)覆蓋板； 2)設(shè)定外側(cè)覆蓋板和電極基片之間的距離為2-4cm，作為間隔反應(yīng)帶； 3)在間隔反應(yīng)帶內(nèi)側(cè)均勻地填充一層3-5mm厚度的固形材料，間隔反應(yīng)層內(nèi)剩余的空間用作氣體通道；固形材料的主要成分為丙烯類(lèi)樹(shù)脂和密封性好且耐高溫的石墨，丙烯類(lèi)樹(shù)脂的含量為80-95wt%，石墨的含量為5-20wt%; 4)將氣體敏感涂料加熱至90-120°C，壓制在半導(dǎo)體電子元件一側(cè)，固定于電極基片上； 5)將載有半導(dǎo)體電子元件的電極基片整體固定于氣體通道的中央，氣體敏感層正對(duì)氣體輸入方向； 6)按順序擺放、組裝后，在50-85°C下熱壓燒制，常溫下冷卻8-12小時(shí)，得到氣體傳感器元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳感器元件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體電子元件含有氣體敏感層，所述氣體敏感層正對(duì)氣體輸入方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種傳感器元件的制造方法，其特征在于，所述氣體敏感層為對(duì)氮?dú)饣蜓鯕饷舾械拿舾心ぁ?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳感器元件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體電子元件的上下各有一層絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種傳感器元件的制造方法，其特征在于，所述氣體敏感層為有機(jī)聚合物或超分子化合物。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104391008SQ201410644804
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】禹勝林 申請(qǐng)人:無(wú)錫信大氣象傳感網(wǎng)科技有限公司