CN102234099A - 气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，它涉及到气敏元件的制造方法。本发明解决了敏感元件周围易产生耗尽区域的问题，提高了气敏元件的线性度和使用性能，延长了气敏元件的标校期。本发明的制造方法由以下工步组成：沉积铝膜-复制冷热泵图形-三氧化二铝(Al₂O₃)膜片制作-热处理-金属化-粘接固定。用本发明方法制造出的气敏元件可以迫使元件的内部检测后的废气体与外界需检测的新气体强制换气，在气敏元件的气室内形成气体交换环流，保障了气敏元件检测的真实性和可靠性；同时，降低了敏感元件的结碳失效率，有助于检测监控装备的选择和应用。

Description

气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法

(一)技术领域

本发明属于传感器制造领域，特别涉及到气敏元件一种带有强制换气冷热泵的微加工制造方法。

(二)背景技术

催化燃烧原理气敏元件是可燃性气敏元件家族中，性能优良，应用最为广泛一种气敏元件。传统催化燃烧式气敏元件存在以下结构缺陷，影响其使用效果。(1)内引线悬空，导致敏感信号触点连接气敏基座不可靠，存在信号传递隐患。(2)传统可燃性气敏元件的封装全部采用开口的金属管壳，气体采用扩散方式进入气室。若灵敏元件周围的气流设计不好，在灵敏单元周围将会产生耗尽区域，被测气体体积分数接近于零，造成气体敏感单元检测效果的致命失误。(3)由于氧气的不足，将造成可燃性气体燃烧不充分，造成灵敏元件结碳失效，导致气敏元件标校期缩短。

采用微加工方法制造出的带有气敏元件强制换气冷热泵的气敏元件设置了强制循环通道，迫使被测气体在气室内形成了气体环流，从而保证了敏感元件周围不会产生耗尽区域，降低了敏感元件的结碳失效率，提高了气敏元件的线性度和使用性能，延长了气敏元件的标校期。

本发明方法的有益效果是，可以根据需要制作各种形状尺寸的三氧化二铝冷热泵片，由于导电胶粘附性好，不易产生脱落。这种结构的催化燃烧式气敏元件会迫使元件内气体与外界气体强制换气，在气敏元件的气室内形成气体环流。这种新型的结构解决了传统气敏元件检测失效、结碳失效、性能裂化、导线失效等高失效率的问题。

(三)发明内容

本发明的目的是为了解决传统催化燃烧式气敏元件存在的以下问题：(1)传统催化燃烧式气敏元件内部的敏感元件工作周围会产生气体耗尽区域，被测气体体积分数接近于零，造成气体敏感单元检测效果的致命失误；(2)由于氧气的不足，将导致可燃性气体燃烧不充分，造成敏感元件结碳失效，导致气敏元件标校期缩短，同时大大的降低了气敏元件的线性度，使气敏元件的性能裂化；(3)传统催化燃烧式气敏元件内部的引线往往容易从焊点处开裂或是内引线本身断开，导致气敏元件失效率增高。

本发明的目的是这样实现的：

a、采用物理沉积成膜方法(溅射、等离子沉积、真空蒸镀、电子束蒸发)在可溶性抛光硅片基底上沉积铝膜。

b、在沉积铝膜表面匀胶、光刻掩膜、复制冷热泵图形。

c、采用阳极氧化工艺对带有图形的铝膜进行阳极氧化，制作三氧化二铝膜片。

d、从基底上剥离出阳极化好的三氧化二铝膜片，清洗烘干。

e、高温热处理三氧化二铝膜片，使其转变稳定晶型结构。

f、采用电镀工艺(或成膜工艺)对三氧化二铝膜片孔进行金属化。

g、组装、胶粘固定到气敏元件柱上-形成气敏元件强制换气冷热泵片。

本发明还可以包括这样一些特征：

1、所述的采用物理沉积工艺沉积铝膜，可以采用溅射、等离子沉积、真空蒸镀、电子束蒸发等工艺，铝膜厚度在0.01-0.2毫米之间，铝膜纯度大于97％。

2、所述的三氧化二铝膜片高温热处理温度在500-1200℃，其稳定晶型结构指为α晶型、β型、γ型。

3、所述的冷热泵片中间换气孔径略大于敏感元件尺寸，并置于敏感元件正上方(或正下方)。

4、所述的冷热泵片四周小孔是用于通过引线柱形式实现安装的，小孔金属化目的便于与引线柱焊接。

(四)附图说明

图1为气敏元件强制换气冷热泵微加工制造工艺方框流程图

图2为二孔、三孔、四孔强制换气冷热泵示意图

图3为带有强制换气冷热泵片液化天然气/液化石油气(LNG/LPG)气敏元件组装示意图

(五)具体实施方式

参照图1，表示气敏元件强制换气冷热泵片微加工制造工艺方框流程图，该流程概括起来为：利用物理方法沉积铝膜—在沉积铝膜上匀胶、光刻掩膜、复制冷热泵图形—阳极氧化制作三氧化二铝膜—剥离阳极化三氧化二铝膜—高温热处理—金属化孔—筛选、清洗、烘干—组装、胶粘固定-形成气敏元件强制换气冷热泵片。各工步之间的制造方法可以根据具体要求进行任意组合。

参照图2，表示二孔、三孔、四孔强制换气冷热泵片结构示意图。

参照图3，表示为带有二孔强制换气冷热泵片的液化天然气/液化石油气气敏元件组装示意图。

具体实施方式如下：

a、采用物理沉积成膜方法(溅射、等离子沉积、真空蒸镀、电子束蒸发)在可溶性抛光硅片基底上沉积厚度在0.01-0.2毫米之间、纯度大于97％的铝膜。

b、在沉积铝膜表面匀胶、光刻掩膜、复制冷热泵图形，安装孔尺寸略大于引线柱尺寸，中间换气孔径略大于敏感元件尺寸。

c、采用阳极氧化工艺对带有图形的铝膜进行阳极氧化，制作三氧化二铝膜片

d、从基底上剥离出阳极化好的三氧化二铝膜片，清洗烘干。

e、高温500-1200℃热处理三氧化二铝膜片，使其转变稳定晶型结构，α晶型、β型、γ型。

f、采用金属成膜工艺(镀膜、溅射或电镀工艺)对三氧化二铝膜片孔进行金属化。

g、组装、焊接(或胶粘)固定到气敏元件引线柱上，并置于气敏元件正上方(或正下方)，形成气敏元件强制换气冷热泵片。

Claims (8)

1.一种气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在于以下六个工步：沉积铝膜-复制图形-三氧化二铝(Al₂O₃)膜片制作-热处理-金属化-粘接固定。

2.根据权利要求1所述的气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在于使用物理沉积方法制作铝膜，铝膜厚度在0.01～0.2毫米范围内。

3.根据权利要求1所述的气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在于采用阳极氧化方法将铝膜制作成三氧化二铝(Al₂O₃)膜，三氧化二铝(Al₂O₃)膜厚度在0.01～0.2毫米之间。

4.根据权利要求1所述的气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在于利用光刻、阳极氧化及腐蚀的方法实现强制换气冷热泵的微加工制造方法。

5.根据权利要求1所述的气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在于冷热泵片的四周通孔可套进标准管座上的引线柱；中间通孔直径略大于敏感元件尺寸。

6.根据权利要求1所述的气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在于采用金属薄膜物理沉积方法使冷热泵片通孔金属化，不需要的金属薄膜采用物理方法去除。

7.根据权利要求6所述的气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在于采用溅射工艺或真空镀膜工艺或电镀工艺实现金属薄膜沉积。

8.根据权利要求6所述的气敏元件强制换气冷热泵微加工制造方法，其特征在不需要的金属薄膜采用等离子刻蚀或反溅刻蚀等物理方法去除。

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