CN105618739A - 传感器敏感芯体的快速制造方法 - Google Patents
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Abstract
传感器敏感芯体的快速制造方法，涉及制造传感器敏感芯体的技术领域。为了解决现有制备敏感芯体的方法成本高、开发周期长及加工精度低的问题。制备打印浆料；采用3D打印技术，打印衬底、电极、引线和N层敏感层，得到裸露芯体；封装裸露芯体，并热处理，得到传感器敏感芯体。本发明所述的方法成本低、开发周期短及加工精度高，可以在同一衬底上打印不同的敏感层，即使制造复杂、多样化的传感器也不会增加成本。本发明适用于制造传感器敏感芯体。
Description
技术领域
本发明涉及制造传感器敏感芯体的技术领域。
背景技术
传感器技术属于信息技术的三大部门之一，与通信技术和计算机技术相比，传感器技术发展远不能满足发展需求，特别是化学类传感器，这是由于传感器敏感芯体的材料种类多，制造工艺与常规半导体工艺有较大差异，导致成本居高不下，开发周期较长，机械加工精度低，采用半导体工艺的加工方法需要大量昂贵的设备。
发明内容
本发明是为了解决现有制备敏感芯体的方法成本高、开发周期长及加工精度低的问题，从而提供传感器敏感芯体的快速制造方法。
传感器敏感芯体的快速制造方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备打印浆料：
将衬底材料、敏感材料、电极材料和保护层材料分别制成打印浆料；
步骤二、采用3D打印技术进行打印，用衬底材料打印衬底，用电极材料在所述衬底的一侧打印电极，在所述衬底的另一侧或所述电极的表面打印引线，用敏感材料在衬底上打印N层敏感层，且敏感层覆盖住电极，N≥1；得到裸露芯体；
步骤三、采用3D打印技术，用保护层材料封装步骤二得到的裸露芯体，热处理裸露芯体，去除裸露芯体中的溶剂，即得到传感器敏感芯体。
新兴的以3D打印技术为代表的增材制造技术具有设计周期短、加工难度低和能够定制化小量生产、成本均一等特点，能够实现设计即生产、随时回应市场需求、工艺流程短、全自动生产，可实现现场制造，因此，可通过“打印”方式一次性直接制造出任何高性能难成型的部件，不需要通过组装拼接等复杂过程来实现，制造过程更快速、更高效。本发明利用3D打印技术，将衬底材料、敏感材料、电极材料、保护层材料分别制成浆料，根据需要制备所需结构，通过热处理，烧结或蒸发溶剂，固化结构，节约开发成本，加快研发进度。本发明所述的方法即使制造复杂传感器也不会增加成本、传感器产品多样化也不会不增加成本、无需组装、能够快速设计制造和验证、设计空间大、零技能制造、减少废弃副产品，无需昂贵的半导体设备，加工精度可以达到0.001mm。
附图说明
图1是具体实施方式十一中的气体传感器敏感芯体的正面的结构示意图，其中1为衬底，2为叉指电极，3为敏感层。
图2是具体实施方式十一中的气体传感器敏感芯体的反面的结构示意图，其中4为加热电阻，5为测温电阻。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备打印浆料：
将衬底材料、敏感材料、电极材料和保护层材料分别制成打印浆料；
步骤二、采用3D打印技术进行打印，用衬底材料打印衬底，用电极材料在所述衬底的一侧打印电极，在所述衬底的另一侧或所述电极的表面打印引线，用敏感材料在衬底上打印N层敏感层，且敏感层覆盖住电极，N≥1；得到裸露芯体；
步骤三、采用3D打印技术，用保护层材料封装步骤二得到的裸露芯体，热处理裸露芯体，去除裸露芯体中的溶剂，即得到传感器敏感芯体。
步骤一中，用化学合成的方法或者混合方法制备打印浆料。敏感材料的打印浆料包括敏感材料基体、增塑剂、粘结剂和溶剂。
本实施方式所述的传感器敏感芯体包含至少一种敏感层，也可以是多种敏感材料在同一衬底上形成的传感器阵列，可根据实际的需要进行组合。所述电极材料可以是金、铂或者其他金属以及金属合金；敏感材料可以是金属或者合金，氧化物，硫化物以及其他无机非金属材料，陶瓷，高分子以及有机小分子材料；敏感材料前驱体可以是金属、金属盐、金属氧化物、高分子单体、高分子、晶体或非晶体材料。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，所述传感器敏感芯体为物理传感器敏感芯体、化学传感器敏感芯体或生物传感器敏感芯体。
物理传感器敏感芯体可以是压力传感器敏感芯体、光学传感器敏感芯体、磁传感器敏感芯体或温度传感器敏感芯体，化学传感器敏感芯体可以是湿度传感器敏感芯体或气体传感器敏感芯体。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，步骤二中，打印电极后进行一次热处理，打印引线后进行一次热处理，打印敏感层后进行一次热处理。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，所述芯体为压力传感器敏感芯体，敏感材料为金属、金属合金或压阻材料。
敏感材料为金属、金属合金、半导体及其它压阻材料。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，所述芯体为温度传感器敏感芯体，敏感材料为金属、金属合金、热敏电阻材料、贵金属热电偶材料或非贵金属热电偶材料。
敏感材料为铂、铜或镍等金属、金属合金、NTC、PTC或CTR等热敏电阻材料、贵金属热电偶材料或非贵金属热电偶材料。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，所述芯体为磁传感器敏感芯体，敏感材料为InSb或InAs。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，所述芯体为湿度传感器敏感芯体，敏感材料为氧化铝、铬酸镁、醋酸纤维素或聚酰亚胺。
湿度传感器敏感芯体的敏感材料为氧化铝、铬酸镁、醋酸纤维素或聚酰亚胺等高分子材料。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，所述芯体为气体传感器敏感芯体，敏感材料为半导体材料、氧化锆或加热器材料。
气体传感器敏感芯体的敏感材料为贵金属催化剂、氧化铁、氧化锡等半导体材料、氧化锆或加热器材料，如贵金属铂和二氧化钌等加热器材料。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，浆料为金属或金属合金时，在还原气氛中热处理；浆料为金属氧化物或复合金属氧化物时，在空气环境中热处理；浆料为高分子材料或有机小分子材料时，在炭化温度以下热处理。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一所述的传感器敏感芯体的快速制造方法作进一步说明，本实施方式中，芯体为压力传感器敏感芯体时，保护层材料为有机胶；芯体为光学传感器敏感芯体时，保护层材料为透明的材料；芯体为磁传感器敏感芯体或温度传感器敏感芯体时，保护层材料为致密材料；芯体为气体传感器敏感芯体或湿度传感器敏感芯体时，保护层材料为多孔透气材料。
保护层材料可以是玻璃，陶瓷或有机胶等。
具体实施方式十一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的气体传感器敏感芯体的快速制造方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备打印浆料：
将衬底材料、敏感材料、电极材料和保护层材料分别制成打印浆料；
将氧化锡纳米颗粒与聚乙二醇和有机溶剂混合，形成敏感材料的打印浆料；
衬底材料为氧化铝；
步骤二、采用3D打印技术进行打印，在氧化铝衬底上利用铂浆料印刷形成加热电阻、测温电阻和叉指电极，进行热处理，用敏感材料在衬底上打印敏感层，进行热处理，得到裸露芯体；
步骤三、采用3D打印技术，用保护层材料封装步骤二得到的裸露芯体，热处理裸露芯体，去除裸露芯体中的溶剂，即得到传感器敏感芯体。
图1为本实施方式得到的裸露芯体的正面的结构示意图，为了便于观察，图1中3单独分离出来，实际中3应覆盖在2上，图2是本实施方式中的气体传感器敏感芯体的反面的结构示意图。
Claims (10)
1.传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备打印浆料：
将衬底材料、敏感材料、电极材料和保护层材料分别制成打印浆料；
步骤二、采用3D打印技术进行打印，用衬底材料打印衬底，用电极材料在所述衬底的一侧打印电极，在所述衬底的另一侧或所述电极的表面打印引线，用敏感材料在衬底上打印N层敏感层，且敏感层覆盖住电极，N≥1；得到裸露芯体；
步骤三、采用3D打印技术，用保护层材料封装步骤二得到的裸露芯体，热处理裸露芯体，去除裸露芯体中的溶剂，即得到传感器敏感芯体。
2.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，所述传感器敏感芯体为物理传感器敏感芯体、化学传感器敏感芯体或生物传感器敏感芯体。
3.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，步骤二中，打印电极后进行一次热处理，打印引线后进行一次热处理，打印敏感层后进行一次热处理。
4.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，所述芯体为压力传感器敏感芯体，敏感材料为金属、金属合金或压阻材料。
5.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，所述芯体为温度传感器敏感芯体，敏感材料为金属、金属合金、热敏电阻材料、贵金属热电偶材料或非贵金属热电偶材料。
6.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，所述芯体为磁传感器敏感芯体，敏感材料为InSb或InAs。
7.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，所述芯体为湿度传感器敏感芯体，敏感材料为氧化铝、铬酸镁、醋酸纤维素或聚酰亚胺。
8.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，所述芯体为气体传感器敏感芯体，敏感材料为半导体材料、氧化锆或加热器材料。
9.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，浆料为金属或金属合金时，在还原气氛中热处理；浆料为金属氧化物或复合金属氧化物时，在空气环境中热处理；浆料为高分子材料或有机小分子材料时，在炭化温度以下热处理。
10.根据权利要求1所述的传感器敏感芯体的快速制造方法，其特征在于，芯体为压力传感器敏感芯体时，保护层材料为有机胶；芯体为光学传感器敏感芯体时，保护层材料为透明的材料；芯体为磁传感器敏感芯体或温度传感器敏感芯体时，保护层材料为致密材料；芯体为气体传感器敏感芯体或湿度传感器敏感芯体时，保护层材料为多孔透气材料。
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