CN105445420B - 微加热器和微传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微加热器以及一种微传感器，更具体地，涉及一种能够提供具有小热容量的加热器的微加热器和微传感器，该小热容量通过形成围绕加热器导线的空气间隙以及在多孔衬底上形成加热器导线而获得。

Description

微加热器和微传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种微加热器和微传感器，更具体地，涉及一种微加热器和微传感器，其中形成围绕加热器导线的空气间隙，并且在多孔衬底上形成加热器导线。

背景技术

因为这些时日对于环境问题的关注正在逐渐增加，所以需要研发能够在短时间内获得准确的各种信息的小型传感器。特别在气体传感器的小型化、精度提高和成本降低方面进行了努力，以便于测量相关的气体浓度，从而容易用于舒适的生活空间、有害工业环境管理、食品价格、食品生产处理管理等。

当前，气体传感器逐渐由包括烧结陶瓷或厚膜的传统结构发展到包括通过采用半导体处理技术实现的微电子机械系统(MEMS)的结构。

从测量方法方面来看，当前对于气体传感器使用最广泛的技术是在吸收气体入内时测量传感器的感测材料的电性能上的变化。通常使用诸如S_nO₂的金属氧化物作为感测材料，其优点在于：测量方法相对简单，其中根据目标气体的气体浓度测量导电率的变化。这时，金属氧化物的感测材料被加热到高温，并且其操作期间的测量值中的变化变得更显著，因此，对于气体浓度的快速和精确测量而言，精确的温度控制是必要的。并且，在测量时，通过高温加热强制去除感测材料中已经吸收的残余气体或湿气，感测材料恢复成其原始状态，然后测量气体浓度。因此，气体传感器的温度特性直接影响关键的测量因素，例如，敏感度、恢复时间、响应时间和传感器的类似因素。

因此，对于有效的加热，能够只局部地和均匀地加热感测材料的微加热器类型是有效的。然而，当利用微型气体传感器测量时，如果对于温度控制需要大的功率消耗，那么即使在传感器和测量电路的体积小的情况下，也需要大电池或大功率源，因此，整个测量系统的尺寸最终将由这些因素决定。因此，为了实现微型气体传感器，首先必须要考虑低功率消耗的结构。

到目前为止，在制备大部分微型气体传感器时，惯用导热性非常大的的硅衬底，因此，为了降低热损耗，通过使用体微机械加工工艺在传感器结构内部形成蚀刻的凹陷或沟槽而形成与衬底分离的悬浮结构，然后在该结构上顺序形成微加热器、绝缘层、感测材料等，通过这种方法，可以降低部分的热传递损耗。然而，在这种情况下，因为制备方法是基于使用衬底本身的结晶方向性的湿蚀刻工艺，所以对于传感器元件的小型化有限制，此外，由于使用的诸如氢氧化钾(KOH)等的蚀刻剂的物理性能，已经存在与标准CMOS半导体工艺的兼容性的问题。

前沿技术文献

专利文献

韩国专利公开号2009-0064693

发明内容

技术问题

致力于解决上述问题的本发明的目的在于提供一种具有很小的热容量的微加热器和微传感器。

解决问题的方案

为了实现所述目的，本发明的一种微加热器包括：多孔衬底；以及加热器电极，该加热器电极形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中围绕所述加热器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中。

为了实现本发明的目的，本发明的另一种微加热器包括：多孔衬底；以及加热器电极，该加热器电极形成在所述多孔衬底中并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，支撑所述加热器导线的第一支撑部分和支撑所述加热器电极焊盘的第二支撑部分形成在所述多孔衬底上，并且空气间隙形成在所述第一支撑部分和所述第二支撑部分之间，以及所述第二支撑部分的形状形成为与所述加热器电极焊盘的形状相同或相似。

所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成；所述第一支撑部分的区域形成为具有比所述加热器导线的区域大的区域；变色保护层形成在所述加热器电极的上侧上；所述变色保护层包括氧化物系材料；所述变色保护层为二氧化硅或氧化铝；焊接金属形成在所述加热器电极焊盘的端部中；以及所述焊接金属可以为金、银和锡中的至少一种。

为了实现本发明的目的，本发明的一种微传感器包括：多孔衬底；传感器电极，该传感器电极形成在所述多孔衬底中并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及加热器电极，该加热器电极形成在所述多孔衬底上并且包括加热器电极焊盘和加热器导线，该加热器导线连接至所述加热器电极焊盘并且比所述传感器电极焊盘更靠近所述传感器导线布置，其中围绕所述加热器导线和所述传感器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中。

在上述配置中，所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成，并且还可以包括覆盖所述加热器导线和所述传感器导线的感测材料。

为了实现本发明的目的，本发明的另一种微传感器包括：加热器电极，该加热器电极包括加热器导线和加热器电极焊盘，在所述加热器导线中多个第一突出形成在其端部部分中，以及所述加热器电极焊盘连接至所述加热器导线；传感器电极，其包括传感器导线和传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间，所述传感器电极焊盘连接至所述传感器导线；以及氧化铝多孔层，其支撑加热器电极和所述传感器电极，其中空气间隙通过去除所述氧化铝多孔层的一部分而形成在所述加热器电极焊盘和所述传感器电极焊盘之间。

所述氧化铝多孔层包括支撑所述加热器导线和所述传感器导线的第一支撑部分，其中所述空气间隙可以形成在所述第一支撑部分的外部。

所述氧化铝多孔层可以包括：第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘，并形成为与所述加热器电极焊盘的轮廓相同但宽度比所述加热器电极焊盘的宽度更宽；以及传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘，并形成为具有所述传感器电极焊盘的轮廓相同但是宽度比所述传感器电极焊盘的宽度更宽。

感测材料附加地形成在与所述第一支撑部分对应的位置中；所述感测材料通过印刷形成；形成所述加热器电极焊盘中的至少两个；变色保护层形成在所述加热器电极或者所述传感器电极的上侧上；所述变色保护层包括氧化物系材料；所述变色保护层为二氧化硅或者氧化铝；焊接金属形成在所述加热器电极焊盘或者所述传感器电极焊盘的端部中；以及所述焊接金属可以为金、银和锡中的至少一种。

此外，空气间隙形成为围绕第一支撑部分。

为了实现本发明的目的，本发明的另一种微传感器包括：多孔衬底；传感器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及加热器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，所述多孔衬底包括：传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘；以及加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘，其中，空气间隙形成在所述加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件之间。

为了实现本发明的目的，本发明的再一种微传感器包括：多孔衬底；传感器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括传感器导线以及连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；加热器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，所述多孔衬底包括：第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘；以及传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘，其中，通过去除除了所述第一支撑部分、所述加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件之外的区域而形成空气间隙。

为了实现本发明的目的，本发明的又一种微传感器包括：加热器电极，其包括加热器导线以及第一加热器电极焊盘和第二加热器电极焊盘，在加热器导线中多个第一突出形成在在加热器导线的端部部分中，并且所述第一加热器电极焊盘和所述第二加热器电极焊盘连接至所述加热器导线的两侧；传感器电极，其包括传感器导线和传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间，所述传感器电极焊盘连接至所述传感器导线；以及多孔衬底，其支撑所述加热器电极和所述传感器电极，其中，所述多孔衬底包括：第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；第一加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述第一加热器电极焊盘；第二加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述第二加热器电极焊盘；传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘；以及空气间隙，其形成在所述第一支撑部分的外侧。

所述第一加热器电极焊盘支撑件、所述第二加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件中的至少一部分通过所述空气间隙彼此分离。

为了实现本发明的目的，本发明的一种微加热器包括：多孔衬底；以及加热器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，围绕所述加热器导线的空气间隙形成所述所述多孔衬底中；以及开口，其布置在所述加热器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通，该开口形成在所所述多孔衬底的下部部分中。

所述多孔衬底可以由氧化铝形成；多个孔在所述多孔衬底中沿着垂直方向穿透地形成；并且所述孔能够与所述开口连通；

为了实现本发明的目的，本发明的一种微传感器包括：多孔衬底；传感器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及加热器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器电极焊盘和加热器导线，所述加热器导线连接至所述加热器电极焊盘并且比所述传感器电极焊盘更靠近所述传感器导线布置，其中围绕所述加热器导线和所述传感器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中；以及开口，其布置在所述加热器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通，所述开口形成在所述多孔衬底的下部部分中。

感测材料可以以覆盖所述加热器导线和所述传感器导线的方式形成在所述多孔衬底中。

为了实现本发明的目的，本发明的一种制备微加热器的方法包括以下步骤：在多孔衬底中形成加热器电极，开口形成在在所述多孔衬底的下部部分中；以及在所述多孔衬底中形成空气间隙，其中所述空气间隙与所述开口连通并且形成为围绕所述加热器电极的所述加热器导线。

形成空气间隙的步骤可以包括以下步骤：形成覆盖层，其中，刻印的空气间隙图案对应于在所述多孔衬底和所述加热器电极中的形成所述空气间隙的区域；以及在所述多孔衬底中，利用刻印的空气间隙图案蚀刻暴露的区域，其中形成所述多孔衬底的步骤可以包括以下步骤：通过所述铝衬底的氧化形成氧化铝多孔层；在所述氧化铝多孔层上形成掩模；通过对除了所述掩模的区域氧化使所述铝衬底中的所述氧化铝多孔层加厚；以及去除掩模，并通过对除了所述铝衬底中的所述氧化铝多孔层之外的区域蚀刻形成开口。

为了实现本发明的目的，本发明的一种制备微传感器的方法包括以下步骤：在多孔衬底中形成加热器电极和传感器电极，开口形成在多孔衬底中的下部部分中；以及在所述多孔衬底中形成空气间隙，其中，所述空气间隙与所述开口连通并且形成为围绕所述加热器电极的所述加热器导线和所述传感器电极的所述传感器导线。

在形成空气间隙的步骤之后，还可以包括在所述多孔衬底中形成感测材料的步骤，以覆盖所述加热器导线和所述传感器导线。

为了实现本发明的目的，本发明的一种微传感器包括：加热器电极，其包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，多个第一突出形成在所述加热器导线的端部部分中；传感器电极，其包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间；以及氧化铝多孔层，其支撑所述加热器电极和所述传感器电极，其中，空气间隙通过去除所述氧化铝多孔层的一部分以围绕所述加热器导线和所述传感器导线而形成；以及开口，其布置在所述加热器导线和所述传感器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通，所述开口形成在所述氧化铝多孔层的下部部分中。

所述氧化铝多孔层包括支撑所述加热器导线和所述传感器导线的第一支撑部分，其中所述空气间隙形成在所述第一支撑部分的外部；感测材料附加地形成在与所述第一支撑部分对应的位置中；形成所述加热器电极焊盘中的至少两个；多个孔在所述多孔衬底中沿着垂直方向穿透地形成，并且所述孔与所述开口连通。

本发明的有益效果

如上所述，本发明的微加热器和微传感器具有以下效果。

因为通过形成围绕加热器导线的空气间隙和在多孔衬底中形成加热器导线而使它们具有小的热容量，可以使用小功率将温度增加到高温。此外，因为加热器导线的部分由多孔层稳定支撑，所以可以保持机械耐久性。

通过形成与加热器电极焊盘的区域相同或者比加热器电极焊盘的区域大的第二支撑部分的区域，可以更多地减小热容量。

因为多孔衬底形成有氧化铝多孔层，所以可以容易地形成多孔层。

因为第一支撑部分的区域被形成为比加热器导线的区域大，所以可以更加稳定地保持加热器导线。

与现有技术相似，在加热器导线和传感器导线不由支撑件支撑时，使用点测法形成感测材料；然而，因为加热器导线和传感器导线由第一支撑部分支撑，所以可以通过印刷(工艺)有效地形成感测材料。

在多孔衬底中，形成围绕加热器导线的空气间隙，并且在多孔衬底的下部部分中形成布置在加热器导线的下部部分中并且与空气间隙连通的开口；可以因此降低热容量，所以可以以低功耗将温度增加到高温。此外，因为热辐射部分的厚度降低，其被沿着垂直方向隔热，并且具有纵向隔热的效果。此外，因为加热器导线的部分由多孔层稳定地支持，所以机械耐久性可以保持。

因为孔在多孔衬底中沿着垂直方向穿透地形成，所以其可以具有更加显著的隔热效果；并且孔与开口连通。

附图说明

图1是根据本发明实例1的设置有微加热器的微传感器的平面图。

图2是沿着线A-A的图1的截面图。

图3和4示出了根据本发明实例2的用于制备设置有微加热器的微传感器的方法。

图5是根据本发明实例2的设置有微加热器的微传感器的透视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选示例性实施方式。

作为参考，对于具有与现有技术的元件相同的本发明的元件，将参考现有技术，并且将省略其单独的详细描述，本发明的元件将在下文中描述。

<实例1>

如图1和2所示的实例1的设置有微加热器的微传感器包括：多孔衬底100；传感器电极300，其形成在多孔衬底100上并且包括传感器导线310和连接到传感器导线310的传感器电极焊盘320；加热器电极200，其形成在多孔衬底100上并且包括加热器电极焊盘220和加热器导线210，该加热器导线210连接到加热器电极焊盘220并比传感器电极焊盘320更靠近传感器导线310布置，其中，加热器导线210和传感器导线310形成在多孔层上，该多孔层形成在多孔衬底100上；以及空气间隙101，其围绕加热器导线210，并且传感器导线310形成在多孔衬底100中。

多孔衬底100由铝材料形成，并且形成为矩形板状形状。

多孔衬底100形成有多孔层。也就是说，多孔衬底100由多孔材料形成。因此，具有敞开上端的多个孔沿着垂直方向形成在多孔衬底100中。与上述描述不同，多孔衬底可以局部形成，例如，在多孔衬底100的上部。

多孔衬底100可以通过铝衬底的氧化形成。因此，多孔衬底是阳极氧化铝(AAO)。

传感器电极300形成在多孔衬底100的上表面上。

这种传感器电极300检测气体或湿度等。

传感器电极300包括传感器导线310和连接到传感器导线310的传感器电极焊盘320。

传感器导线310布置在多孔衬底100的中心部分中。

多个第二突出311形成在传感器导线310的一个侧端。多个第二沟槽形成在第二突出311和第二突出311(即，在第二突出之间中)之间。布置在外侧中的第二突出311形成为具有比布置在内侧中的长度短的长度。

传感器电极焊盘320形成为具有比传感器导线310的宽度更宽的宽度。此外，在从顶部看时(在平面图中)，传感器电极焊盘320具有比传感器导线310宽的区域。

传感器电极焊盘320沿着径向方向布置，并且当其朝向外侧行进时，宽度变宽。换句话说，传感器电极焊盘320以下述方式形成：当其朝向传感器导线310行进时，其宽度变窄。此外，特别地，传感器焊盘320靠近多孔衬底100的第一对角线布置。

此外，传感器导线310以下述方式形成：当其朝向传感器电极焊盘320(传感器导线310的另一侧)行进时，其宽度变窄。

加热器电极200形成在多孔衬底100的上表面上。通过这种方式，隔热效果由于孔(气孔)而增强，原因在于加热电极200形成在多孔层上。

加热器电极200包括加热器电极焊盘220和加热器导线210，加热器导线210连接到加热器焊盘电极220并且比传感器电极焊盘320更靠近传感器导线310布置。

加热器导线210布置在多孔衬底100的中心部分中。在加热器导线210的端部，形成有布置在第二沟槽内部的多个第一突出211和布置在第二突出311内部的多个第一沟槽。也就是说，第二突出311布置在第一突出211之间。第一突出211和第一沟槽以复数的方式形成并且交替布置。第一突出211和第一沟槽由弯曲地形成的加热器导线210提供。由于这种配置，可以有效地加热感测材料400，其将在下文中描述。

加热器电极焊盘220连接到加热器导线210的两个端部。通过这种方式，形成至少两个加热器电极焊盘220。

加热器电极焊盘220靠近多孔衬底100的第二对角线布置。

加热器电极焊盘220沿着径向方向布置，并且当其朝向外侧行进时，其宽度变宽。换句话说，传感器电极焊盘220以下述方式形成：当其朝向加热器导线210行进时，宽度变窄。

加热器电极焊盘220形成为具有比加热器导线210的宽度更宽的宽度。此外，当从顶部看时(在平面图中)，加热器电极焊盘220具有比加热器导线210的区域更大的区域。

变色保护层(未示出)形成在加热器电极200和传感器电极300的整个上部部分中。

变色保护层可以由氧化物系材料形成。

此外，变色保护层可以是二氧化硅或氧化铝。

另外，在加热器电极焊盘220和传感器电极焊盘320的端部中形成焊接金属500。

焊接金属500形成在变色保护层的上部部分中。

焊接金属500可以是金、银和锡中的至少一种。

空气间隙101形成为在多孔衬底100中沿着加热器导线210和传感器导线310的周边围绕加热器导线210和传感器导线310。

与图1中所示的不同，空气间隙101形成为弧形形状，并且它们之中超过两个可以沿着周向方向或者径向方向形成。

空气间隙101沿着垂直方向穿透性地形成。与此不同，空气间隙101可以形成为沟槽形状。空气间隙101的宽度形成为比第一突出211或者第二突出311的宽度更宽。

由于空气间隙101，形成了支撑加热器导线210和传感器导线310的第一支撑部分110和支撑加热器电极焊盘220和传感器电极焊盘320的第二支撑部分120。也就是说，空气间隙101形成在第一支撑部分110和第二支撑部分120之间。如图3中所示，因为空气间隙101的宽度变宽，辐射热的峰值温度变高。

第一支撑部分110形成为圆形形状，其与加热器导线210和传感器导线310类似；第一支撑部分110和第二支撑部分120在导线和焊盘连接在一起的区域处彼此连接；以及其他部分由于空气间隙101而彼此分离。因此，第一支撑部分110和第二支撑部分120在三点处连接。

第一支撑部分110形成为圆形形状并且由空气间隙101围绕。

第一支撑部分110形成为具有比加热器导线210和传感器导线310的区域更大的区域。

空气间隙101形成为围绕第一支撑部分110的形状。

空气布置在空气间隙101内部，以使得隔热效果增强，导热性降低，并且热容量可以减少。

此外，覆盖加热器导线210和传感器导线310的感测材料400形成在第一支撑部分110中。

也就是说，感测材料400形成在对应于第一支撑部分110的位置处。

在通过印刷形成感测材料400时，具有网状网络形状的凹痕留在感测材料400的表面上。

在下文中，将解释具有上述配置的实例1的操作。

为了测量气体浓度，首先，将恒定功率施加至加热器电极200的两个加热器电极焊盘220，并且将与其接触的传感器的中心区域的感测材料400的区域加热至恒定温度。

在这种情况下，当在感测材料400中吸收或者从感测材料400中释放气体时产生的、与出现在其周围的气体浓度对应的感测材料400的性能的变化使用外部电路通过下述方式来测量：测量电连接至感测材料400的传感器电极焊盘320之间的电势差和量化感测材料400的导电率。

此外，为了更准确的测量，在通过使用加热器电极200使已经吸收到感测材料400中的其他残余气体或湿气加热到高温而强制去除其他残余气体或湿气，使感测材料400恢复到初始状态之后，测量感兴趣的气体浓度。

另一个示例性实施方式的设置有微加热器的微传感器包括：加热器电极200，其包括加热器导线210和加热器电极焊盘220，在加热器导线210中多个第一突出211形成在其端部，加热器电极焊盘220连接至加热器导线210；传感器电极300，其包括传感器导线和传感器电极焊盘320，传感器导线形成有布置在第一突出211之间的多个第二突出311，传感器电极焊盘连接至传感器导线310；以及氧化铝多孔层100，其支撑加热器电极200和传感器电极300，其中空气间隙101通过去除氧化铝多孔层100的一部分而形成在加热器电极焊盘210和传感器电极焊盘310之间。

对于在上述示例性实施方式中描述的相同的元件，将省略单独的详细描述。

氧化铝多孔层100包括：第一支撑部分110，其圆形构形并且支撑加热器导线210和传感器导线310；加热器电极焊盘支撑件121，其支撑加热器电极焊盘220，并且以加热器电极焊盘220的形状形成，并且具有比加热器电极焊盘220的宽度更宽的宽度；以及第二支撑部分120，其支撑传感器电极焊盘320，并且以传感器电极焊盘320的形状形成，并且包括传感器电极焊盘支撑件122，该传感器电极焊盘支撑件122具有比传感器电极焊盘320的宽度更宽的宽度。

因此，第二支撑部分120的表面的每个端部(边缘)和加热器电极焊盘220和传感器电极焊盘320的表面的对应的端部(边缘)之间的距离保持等距。

与此不同的是，第一支撑部分110和第二支撑部分120可以形成为与加热器导线210和传感器导线310以及加热器电极焊盘220和传感器电极焊盘320相似的形状。

去除除了第一支撑部分110、加热器电极焊盘支撑件121和传感器电极焊盘支撑件122之外的矩形形状的氧化铝多孔层100；以及在该去除区域(部分)，形成空气间隙101。

在加热器电极焊盘支撑件121和传感器电极焊盘支撑件122之间形成空气间隙101。

空气间隙101形成在第一支撑部分110的外部。

因此，空气间隙101形成为比上述示例性实施方式的更大。

空气间隙101的区域可以大于加热器电极焊盘220和传感器电极焊盘320的区域的总和。

因为氧化铝多孔层110以这种方式形成，所以热容量可以更多地减少。

根据另一示例性实施方式的微传感器包括：多孔衬底100；传感器电极300，其形成在多孔衬底100上并且包括传感器导线310和连接至传感器导线310的传感器电极焊盘320；以及加热器电极200，其形成在多孔衬底100上并且包括加热器导线210和连接至加热器导线210的加热器电极焊盘220，其中多孔衬底100包括：传感器电极焊盘支撑件122，其支撑传感器电极焊盘320；以及加热器电极焊盘支撑件121，其支撑加热器电极焊盘220，其中空气间隙101形成在加热器电极焊盘支撑件121和传感器电极焊盘支撑件122之间。

根据另一示例性实施方式的微传感器包括：多孔衬底100；传感器电极300，其形成在多孔衬底100上并且包括传感器导线310和连接至传感器导线310的传感器电极焊盘320；以及加热器电极200，其形成在多孔衬底100上并且包括加热器导线210和连接至加热器导线210的加热器电极焊盘220，其中多孔衬底100包括：第一支撑部分110，其支撑加热器导线210和传感器导线310；第一加热器电极焊盘支撑件121，其支撑加热器电极焊盘220；以及传感器电极焊盘支撑件122，其支撑传感器电极焊盘320，其中通过去除除了第一支撑部分110、加热器电极焊盘支撑件121和传感器电极焊盘支撑件122之外的区域形成空气间隙101。

根据另一示例性实施方式的微传感器包括：加热器电极200，其包括加热器导线210以及第一电极焊盘220a和第二电极焊盘220b，在加热器导线210中多个第一突出211形成在其端部，第一电极焊盘220a和第二电极焊盘220b连接至加热器导线210的两个端部；以及传感器电极300，其包括传感器导线310以及传感器电极焊盘320，在传感器导线310中多个第二突出311布置在第一突出211之间，传感器电极焊盘320连接至传感器导线310；以及多孔衬底100，其支撑加热器电极200和传感器电极300，其中多孔衬底100包括：第一支撑部分110，其支撑加热器导线210和传感器导线310；第一加热器电极焊盘支撑件121a，其支撑加热器电极焊盘220a；第二加热器电极焊盘支撑件121b，其支撑第二加热器电极焊盘220b；以及传感器电极焊盘支撑件122，其支撑传感器电极焊盘320；以及空气间隙101，其形成在第一支撑部分110的外部。

第一加热器电极焊盘支撑件121a、第二加热器电极焊盘支撑件121b和传感器电极焊盘支撑件122中至少一部分通过空气间隙101彼此分离。

<实例2>

如图3和4中所示，实例2的一种制备设置有微加热器的微传感器的方法包括以下步骤：在多孔衬底100’中形成加热器电极200’和传感器电极300’，在多孔衬底100’中开口102形成在其下部部分；以及在多孔衬底100’中形成空气间隙101’，其中空气间隙101’与开口102连通并且空气间隙101’形成为围绕加热器电极200’的加热器导线210’和传感器电极300’的传感器导线310’。

制备该示例性实施方式的微传感器的方法包括在步骤S8和S9之前的步骤S1至S7，步骤S1至S7用来形成多孔衬底100’，步骤S8和S9用来形成加热器电极200’和传感器电极300’。

用于形成多孔衬底100’的步骤可以包括以下步骤：通过铝衬底1的氧化形成氧化铝多孔层2(S4)；在氧化铝多孔层2上形成掩模(S5)；通过氧化铝衬底1的除掩模3之外的区域，加厚氧化铝多孔层2(S6)；以及在去除掩模3之后，通过在铝衬底1中蚀刻除氧化铝多孔层2的区域之外的其他区域，形成开口102。

在形成氧化铝多孔层2的步骤(S4)之前，进一步包括：制备裸铝衬底1的步骤(S1)；在铝衬底1的上表面上通过第一次氧化铝衬底1的上表面，而形成氧化铝多孔层2的步骤(S2)；以及蚀刻已经在之前步骤中形成的氧化铝多孔层2的步骤(S3)。

接着，通过第二次使铝衬底1氧化形成氧化铝多孔层2(S4)。

接着，在氧化铝多孔层2的上部中间部分形成掩模3(S5)。

在利用掩模3氧化时，仅未掩模的区域被氧化第三次，而掩模的区域未被氧化(S6)。

因此，虽然氧化铝多孔层2的掩模部分的厚度变薄，但是氧化铝多孔层2的未掩模部分变厚。

接着，去除掩模3，仅蚀刻掉铝衬底1的下部部分中的铝部分，因此，形成了具有开口102的多孔衬底100’。

在通过该方式制备的多孔衬底100’的上表面上形成加热器电极200’和传感器电极200’(S8,S9)。

形成加热器电极200’和传感器电极200’的步骤(S8，S9)包括以下步骤：第一次形成加热器电极200’和传感器电极200’(S8)；以及第二次形成加热器电极200’和传感器电极300’，其中其厚度变薄(S9)。

加热器电极200’包括加热器导线210’和加热器电极焊盘220’，传感器电极300’包括传感器导线310’和传感器电极焊盘320’。

加热器导线210’和传感器导线310’布置在多孔衬底100’的中部；并且加热器电极焊盘220’和传感器电极焊盘320’布置在比加热器导线210’和传感器导线310’更外的外侧。

接着，在多孔衬底100’中形成空气间隙101’。

形成空气间隙101’的步骤包括以下步骤：形成覆盖层4，其中压印的空气间隙图案4a形成为与形成在多孔衬底100’、加热器电极200’和传感器电极300’的上表面上的空气间隙101’的部分对应(S10)；以及在多孔衬底100’中蚀刻由压印的空气间隙图案4a暴露的区域(S11)。

形成覆盖层4的步骤(S10)可以由光刻胶形成工艺实现。

在经过蚀刻步骤(S11)之后，在多孔衬底100’中形成沿着垂直方向穿透的空气间隙101’。

以这种方式形成的空气间隙101’与开口102连通，并且形成为围绕加热器导线210’和传感器导线310’。由此，使用低功率可以将温度增加到高温，原因在于它们具有小的热容量。此外，其沿着垂直方向隔热，并且因为热辐射部分的厚度的降低而具有纵向隔热的效果。

此外，其通过以下方式形成：开口102的最外侧比空气间隙101’的最外侧更朝向外侧布置。

在形成空气间隙101’的步骤之后，可以进一步包括在多孔衬底100’上形成覆盖加热器导线210’和传感器导线310’的感测材料400’(S12)。

多孔衬底100’包括：第一支撑部分110’，其支撑加热器导线210’和传感器导线310’；以及第二支撑部分120’，其支撑加热器电极焊盘220’和传感器电极焊盘320’，其中感测材料400’形成在与第一支撑部分110’对应的位置中。

空气间隙101’形成在第一支撑部分110’的外部。

如图5中所示，一种根据以上描述的用于制备微传感器的方法制备的微传感器包括：多孔衬底100’；传感器电极300’，其形成在多孔衬底100’上并且包括传感器导线310’和连接至传感器导线310’的传感器电极焊盘320’；以及加热器电极200’，其形成在多孔衬底100’上并且包括加热器电极焊盘220’和加热器导线210’，该加热器导线210’连接至加热器电极焊盘220’并且比传感器电极焊盘320’更靠近传感器导线310’布置，其中空气间隙101’在多孔衬底100’中围绕加热器导线210’和传感器导线310’；以及开口102，其布置在加热器导线210’的下部部分并且与形成在多孔衬底100’的下部部分中的空气间隙101’连通。

多孔衬底100’由铝材料形成，并且形成为矩形板状形状。

多孔衬底100’形成有多孔层。也就是说，多孔衬底100’由多孔材料形成。因此，在多孔衬底100’中沿着垂直方向穿透地形成有具有敞开的上端和下端的多个孔(未示出)。

多孔衬底100’可以通过铝衬底的氧化形成。因此，多孔衬底为阳极氧化铝(AAO)。

在多孔衬底100’的下部部分中沿着向前和向后方向形成开口102。孔的下部部分与开口102连通。

传感器电极300’形成在多孔衬底100’的上表面上。

这种传感器电极300’检测气体或湿气等。

传感器电极300’包括传感器导线310’和连接至传感器导线310’的传感器电极焊盘320’。

传感器导线310’布置在多孔衬底100’的中心部分中。

多个第二突出311’形成在传感器导线310’的一个侧端。多个第二沟槽形成在第二突出311’和第二突出311’(即，在第二突出之间中)之间。

传感器电极焊盘320’形成为具有比传感器导线310’的宽度更宽的宽度。此外，当从顶部看时(在平面图中)，传感器电极焊盘320’具有比传感器导线310’的区域更宽的区域。

加热器电极200’形成在多孔衬底100的上表面上。通过这种方式，隔热效果由于孔(气孔)而增强，原因在于加热电极200’形成在多孔层上。

加热器电极200’包括加热器电极焊盘220’和加热器导线210’，加热器导线210’连接到加热器焊盘电极220’并且比传感器电极焊盘320’更靠近传感器导线310’布置。

加热器导线210’布置在多孔衬底100’的中心部分中。

在开口102的上部部分中布置传感器导线310’和加热器导线210’。

在加热器导线210’的端部部分，形成有布置在第二沟槽内部的多个第一突出211’和布置在第二突出311’内部的多个第一沟槽。也就是说，第二突出311’布置在第一突出211’之间。第一突出211’和第一沟槽以复数方式形成并且交替布置。第一突出211’和第一沟槽由弯曲形成的加热器导线210’提供。

整体上，加热器导线210’和传感器导线310’形成为矩形形状。

加热器电极焊盘220’连接到加热器导线210’的两个端部。通过这种方式，形成至少两个加热器电极焊盘220’。

加热器电极焊盘220’形成为具有比加热器导线210’的宽度更宽的宽度。

空气间隙101’形成为在多孔衬底100’中沿着加热器导线210’和传感器导线310’的周边围绕加热器导线210’和传感器导线310’。

空气间隙101’形成为具有“∩”的形状。

空气间隙101’沿着垂直方向穿透性地形成。与此不同，空气间隙101’可以形成为沟槽形状。空气间隙101’的宽度形成为比第一突出211’或者第二突出311’的宽度更宽。因为空气间隙101’的宽度变宽，辐射热的峰值温度变得更高。

由于空气间隙101’，形成了支撑加热器导线210’和传感器导线310’的第一支撑部分110’和支撑加热器电极焊盘220’和传感器电极焊盘320’的第二支撑部分120’。也就是说，空气间隙101’形成在第一支撑部分110’和第二支撑部分120’之间。

第一支撑部分110’形成为与加热器导线210’和传感器导线310’相似的矩形形状；第一支撑部分110’和第二支撑部分120’在导线和焊盘连接在一起的区域处彼此连接；以及其他部分由于空气间隙101’而彼此分离。因此，第一支撑部分110’和第二支撑部分120’连接在一点处。

第一支撑部分110’的除了其一侧的整个部分由空气间隙101’围绕。

第一支撑部分110’形成为具有比加热器导线210’和传感器导线310’的区域更大的区域。

第一支撑部分110’的宽度形成为比开口102的宽度窄。此外，开口102形成在第一支撑部分110’和第二支撑部分120’下方的靠近第一支撑部分110’的端部中。

第一支撑部分110’的厚度形成为比第二支撑部分120’的平均厚度薄。

开口102与空气间隙101’连通。

空气布置在空气间隙101’内部，以使得隔热效果增强，导热性降低，并且热容量可以减少。

此外，覆盖加热器导线210’和传感器导线310’的感测材料400’形成在多孔衬底100’的第一支撑部分110’的上表面上。

感测材料400’形成在对应于第一支撑部分110’的位置处。

在下文中，将解释具有上述配置的示例性实施方式的操作。

为了测量气体浓度，首先，将恒定功率施加至加热器电极200’的两个加热器电极焊盘220’，并且将与其接触的传感器的中心区域的感测材料400’的区域加热至恒定温度。

在这种情况下，当在感测材料400’中吸收或者从感测材料400’中释放气体时产生的、与出现在其周围的气体浓度对应的感测材料400’的性能的变化使用外部电路通过下述方式来测量：测量电连接至感测材料400’的传感器电极焊盘320’之间的电势差和量化感测材料400’的导电率。

此外，为了更准确的测量，在通过使用加热器电极200’使已经吸收到感测材料400’中的其他残余气体或湿气加热到高温而强制去除其他残余气体或湿气，使感测材料400’恢复到初始状态之后，测量感兴趣的气体浓度。

如上所述，虽然参照优选实施方式描述了本发明，但是在不背离所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下，所属领域技术人员可以通过各种修改和变型实现本发明。

符号说明

附图中主要部分的符号说明

100：衬底 101：空气间隙

110：第一支撑部分 120：第二支撑部分

200：加热器电极 210：加热器导线

220：加热器电极焊盘

300：传感器电极 310：传感器导线

320：传感器电极焊盘

400：感测材料

Claims (22)

1.一种微加热器，其特征在于，其包括：

多孔衬底；以及

加热器电极，该加热器电极形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘；

围绕所述加热器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙，

其中，所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成。

2.根据权利要求1所述的微加热器，其特征在于，变色保护层形成在所述加热器电极的上侧上，并且所述变色保护层包括氧化物系材料。

3.一种微加热器，其特征在于，其包括：

多孔衬底；以及

加热器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，支撑所述加热器导线的第一支撑部分和支撑所述加热器电极焊盘的第二支撑部分形成在所述多孔衬底上，并且在所述第一支撑部分和所述第二支撑部分之间形成空气间隙，以及所述第二支撑部分的形状形成为与所述加热器电极焊盘的形状相同或相似，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙。

4.一种微传感器，其特征在于，其包括：

多孔衬底；

传感器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及

加热器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器电极焊盘和加热器导线，所述加热器导线连接至所述加热器电极焊盘并且比所述传感器电极焊盘更靠近所述传感器导线布置；围绕所述加热器导线和所述传感器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙，

其中，所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成。

5.根据权利要求4所述的微传感器，其特征在于，还包括覆盖所述加热器导线和所述传感器导线的感测材料。

6.一种微传感器，其特征在于，其包括：

加热器电极，其包括加热器导线和加热器电极焊盘，多个第一突出形成在所述加热器导线的端部部分中，以及所述加热器电极焊盘连接至所述加热器导线；

传感器电极，其包括传感器导线和传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间，并且所述传感器电极焊盘连接至所述传感器导线；以及

氧化铝多孔层，其支撑所述加热器电极和所述传感器电极；通过去除所述氧化铝多孔层的一部分而在所述加热器电极焊盘和所述传感器电极焊盘之间形成空气间隙，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙。

7.根据权利要求6所述的微传感器，其特征在于，所述氧化铝多孔层包括支撑所述加热器导线和所述传感器导线的第一支撑部分，其中所述空气间隙形成在所述第一支撑部分的外部。

8.根据权利要求7所述的微传感器，其特征在于，感测材料附加地形成在与所述第一支撑部分对应的位置中。

9.根据权利要求6所述的微传感器，其特征在于，所述氧化铝多孔层包括：

第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；

加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘，并形成为与所述加热器电极焊盘的轮廓相同但具有比所述加热器电极焊盘的宽度更宽的宽度；以及

传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘，并形成为与所述传感器电极焊盘的轮廓相同但是具有比所述传感器电极焊盘的宽度更宽的宽度。

10.根据权利要求6所述的微传感器，其特征在于，变色保护层形成在所述加热器电极或者所述传感器电极的上侧上，以及所述变色保护层包括氧化物系材料。

11.一种微传感器，其特征在于，其包括：

多孔衬底；

传感器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及

加热器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，所述多孔衬底包括：

传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘；以及

加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘；在所述加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件之间形成空气间隙，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙。

12.一种微传感器，其特征在于，其包括：

多孔衬底；

传感器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括传感器导线以及连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及

加热器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，所述多孔衬底包括：

第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；

加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘；

传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘；通过去除除了所述第一支撑部分、所述加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件之外的区域而形成空气间隙，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙。

13.一种微传感器，其特征在于，其包括：

加热器电极，其包括加热器导线以及第一加热器电极焊盘和第二加热器电极焊盘，多个第一突出形成在加热器导线的端部部分中，并且所述第一加热器电极焊盘和所述第二加热器电极焊盘连接至所述加热器导线的两侧；

传感器电极，其包括传感器导线和传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间，所述传感器电极焊盘连接至所述传感器导线；以及

多孔衬底，其支撑所述加热器电极和所述传感器电极，

其中，所述多孔衬底包括：

第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；

第一加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述第一加热器电极焊盘；

第二加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述第二加热器电极焊盘；

传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘；以及

空气间隙，其形成在所述第一支撑部分的外侧，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙。

14.根据权利要求13所述的微传感器，其特征在于，所述第一加热器电极焊盘支撑件、所述第二加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件中的至少一部分通过所述空气间隙彼此分离。

15.一种微加热器，其特征在于，其包括：

多孔衬底；以及

加热器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘；围绕所述加热器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中；以及布置在所述加热器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通的开口形成在所述多孔衬底的下部部分中，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙，

其中，所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成。

16.根据权利要求15所述的微加热器，其特征在于，多个孔在所述多孔衬底中沿着垂直方向穿透地形成；并且所述孔与所述开口连通。

17.一种微传感器，其特征在于，其包括：

多孔衬底；

传感器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及

加热器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器电极焊盘和加热器导线，所述加热器导线连接至所述加热器电极焊盘并且比所述传感器电极焊盘更靠近所述传感器导线布置，其中在所述多孔衬底中形成围绕所述加热器导线和所述传感器导线的空气间隙；以及

开口，其布置在所述加热器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通，所述开口形成在所述多孔衬底的下部部分中，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙，

其中，所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成。

18.根据权利要求17所述的微传感器，其特征在于，感测材料以覆盖所述加热器导线和所述传感器导线的方式形成在所述多孔衬底中。

19.一种微传感器，其特征在于，其包括：

加热器电极，其包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，多个第一突出形成在所述加热器导线的端部部分中；

传感器电极，其包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间；以及氧化铝多孔层，其支撑所述加热器电极和所述传感器电极，其中，通过去除所述氧化铝多孔层的一部分以围绕所述加热器导线和所述传感器导线而形成空气间隙；以及

开口，其布置在所述加热器导线和所述传感器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通，所述开口形成在所述氧化铝多孔层的下部部分中，

其中，通过完全地穿透所述多孔衬底而形成所述空气间隙。

20.根据权利要求19所述的微传感器，其特征在于，所述氧化铝多孔层包括支撑所述加热器导线和所述传感器导线的第一支撑部分，其中所述空气间隙形成在所述第一支撑部分的外部。

21.根据权利要求20所述的微传感器，其特征在于，感测材料附加地形成在与所述第一支撑部分对应的位置中。

22.根据权利要求19所述的微传感器，其特征在于，多个孔在所述多孔衬底中沿着垂直方向穿透地形成，并且所述孔与所述开口连通。