CN109932402A - 热线型气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热线型气体传感器芯片，包括：硅基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；所述硅基底包括中心加热区及外围支撑区，所述中心加热区包括贯穿所述第一表面以及所述第二表面的空气绝热腔；加热电阻膜，设于第一表面上；加热电极，设于所述第一表面上并部分覆盖所述加热电阻膜；功能层，设于所述加热电阻膜上方并位于所述中心加热区，所述功能层为气体敏感层或环境补偿层。本发明公开的热线型气体传感器芯片，传感器及传感器的制作方法，通过在硅基底上设置加热电极，加热电阻膜及功能层，并将功能层设为气体敏感层或环境补偿层，可制作具有不同功能层的热线型传感器芯片，从而可工业化制作热线型气体传感器芯片。

Description

热线型气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及电子器件制造技术领域，尤其涉及一种热线型气体传感器芯片、传感器及其制备方法。

背景技术

目前气体传感器种类繁多，应用范围广泛，其中，热线型气体传感器由检测元件和补偿元件组成，以半导体金属氧化物为敏感材料，保留了传统半导体金属氧化物灵敏度高的优点，同时利用补偿元件对环境温湿度变化进行补偿，使得气体传感器具有较好的环境温湿度稳定性。

热线型半导体气体传感器目前基本由手工制备，主要流程为：将铂丝手工绕制成特定长度的微型线圈，然后将气体敏感材料和气体不敏感材料分别手工涂抹于铂丝线圈上，经过干燥烧结后，得到对气体敏感的检测元件和对气体无敏感活性的补偿元件，两个元件组成热线型半导体气体传感器。铂丝线圈在这类传感器中既作为加热线圈，又作为检测信号电极，这也是热线型名称的由来。但热线型半导体气体传感器基本是由手工制备，自动化程度不高，导致产品良品率较低，一致性不好，并且传感器功耗较大，这些都限制了此类传感器的发展与普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热线型气体传感器芯片、传感器及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供一种热线型气体传感器芯片，包括：硅基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；所述硅基底包括中心加热区及外围支撑区，所述中心加热区包括贯穿所述第一表面以及所述第二表面的空气绝热腔；加热电阻膜，设于第一表面上；加热电极，设于所述第一表面上并部分覆盖所述加热电阻膜；功能层，设于所述加热电阻膜上方并位于所述中心加热区，所述功能层为气体敏感层或环境补偿层。

作为本发明的进一步改进，所述功能层为气体敏感层，所述气体敏感层由设于所述加热电阻膜表面的气体敏感浆料烧结而形成。

作为本发明的进一步改进，所述气体敏感浆料的材料包括二氧化锡、氧化锌或者氧化钨中的一种或者几种，以及贵金属催化剂和催化助剂。

作为本发明的进一步改进，所述功能层为环境补偿层，所述环境补偿层由设于所述加热电阻膜表面的环境补偿浆料烧结而形成。

作为本发明的进一步改进，所述环境补偿浆料的材料包括二氧化锡、二氧化钍、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氧化镧、氧化钙、氧化钡、氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化铪、氧化铜、氧化锌、氧化钨中的一种或几种。

作为本发明的进一步改进，所述环境补偿层的阻值不小于10MΩ。

作为本发明的进一步改进，所述功能层的厚度为0.001um～20um。

作为本发明的进一步改进，所述加热电阻膜的阻值为10Ω～500Ω。

作为本发明的进一步改进，所述加热电阻膜的制备材料为锑锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂二氧化锡、氟磷共掺杂二氧化锡、铝掺杂氧化锌、二氧化钌、二氧化钌/银复合材料、二氧化钌/银钯复合材料中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述加热电阻膜的形状为长方形、正方形或者圆形中的一种或多种的组合。

作为本发明的进一步改进，所述加热电极由设于所述第一表面的设定金属导电浆料烧结而形成。

作为本发明的进一步改进，所述加热电阻膜包括至少一个第一支撑部，所述加热电极包括至少一个覆盖所述第一支撑部的第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部的形状相同，所述第一支撑部由所述加热电阻膜位于所述中心加热区的部分向所述外围支撑区延伸而形成，所述第二支撑部由所述加热电极位于所述外围支撑区的部分向所述中心加热区延伸。

作为本发明的进一步改进，所述第二支撑部的宽度小于或等于所述第一支撑部的宽度。

本发明另一方面提供一种热线型气体传感器，包括封装外壳及设于所述封装外壳内的至少两个如上任意一项所述的热线型气体传感器芯片；所述封装外壳包括基座，设于基座上方的开口及设于所述基座内的电连接件；每个所述热线型气体传感器芯片均通过所述电连接件与所述基座电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述热线型气体传感器包括两个热线型气体传感器芯片，分别为检测元件芯片及补偿元件芯片，所述检测元件芯片的功能层为气体敏感层，所述补偿元件芯片的功能层为环境补偿层。

作为本发明的进一步改进，所述热线型气体传感器还包括覆盖所述开口的防爆防尘透气膜，所述防爆防尘透气膜上还设有防水透气膜。

本发明另一方面提供一种热线型气体传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：将导电金属氧化物粉体及有机载体配制成陶瓷浆料，印刷或涂布在硅基底上，以形成加热电阻膜；将加热电极浆料分别印刷或涂布在硅基底上，以形成加热电极；通过刻蚀技术在硅基底上形成绝热空气腔，得到微热板；重复上述步骤以制作另一个微热板；将气体敏感浆料印刷或涂布在其中一个所述微热板上，以形成气体敏感层；将环境补偿浆料印刷或涂布在另一个所述微热板上，以形成环境补偿层；将两个微热板分别烘干烧结并切割，得到检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补充元件芯片封装在管壳中，并在管壳的开口处贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜。

与现有技术相比，本发明公开的热线型气体传感器芯片，传感器及传感器的制作方法，通过在硅基底上设置加热电极，加热电阻膜及功能层，并将功能层设为气体敏感层或环境补偿层，可制作两个具有不同功能层的热线型传感器芯片，并将两个芯片封装起来，从而可工业化制作热线型气体传感器芯片及传感器；并且，所制备的热线型气体传感器采用具有气体敏感层的芯片作为检测元件，采用具有环境补偿层的芯片作为补偿元件，能够抵消环境温湿度变化所带来的影响，使得传感器的信号值更加稳定。

附图说明

图1是本发明一实施方式中热线型气体传感器芯片的剖面结构示意图；

图2a是本发明一实施方式中检测元件芯片的剖面结构示意图；

图2b是本发明一实施方式中补偿元件芯片的剖面结构示意图；

图3是本发明一实施方式中热线型气体传感器芯片的俯视结构示意图；

图4a是本发明一实施方式中检测元件芯片的俯视结构示意图；

图4b是本发明一实施方式中补偿元件芯片的俯视结构示意图；

图5是本发明一实施方式中热线型气体传感器的剖面结构示意图；

图6是本发明另一实施方式中热线型气体传感器的剖面结构示意图；

图7是本发明一实施方式中热线型气体传感器的制备方法的流程示意图；

图8是本发明一实施方式中热线型气体传感器对甲烷的响应曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

应该理解，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。

如图1-4所示，本发明一实施方式公开了一种热线型气体传感器芯片，包括：硅基底11，加热电极12，加热电阻膜14及功能层15。所述硅基底11包括相对设置的第一表面111及第二表面112。所述硅基底11包括中心加热区A及外围支撑区B，所述中心加热区A包括贯穿所述第一表面111以及所述第二表面112的空气绝热腔13。加热电阻膜14设于第一表面111上，加热电极12设于所述第一表面111上并部分覆盖所述加热电阻膜14。功能层设于所述加热电阻膜14上方并位于所述中心加热区，功能层15为气体敏感层或环境补偿层。

本发明公开的热线型气体传感器芯片，传感器及传感器的制作方法，通过在硅基底上设置加热电极，加热电阻膜及功能层，并将功能层设为气体敏感层或环境补偿层，可制作两个具有不同功能层的热线型传感器芯片，并将两个芯片封装起来，从而可工业化制作热线型气体传感器芯片及传感器；并且，所制备的热线型气体传感器采用具有气体敏感层的芯片作为检测元件，采用具有环境补偿层的芯片作为补偿元件，能够抵消环境温湿度变化所带来的影响，使得传感器的信号值更加稳定。

优选的，硅基底11选自双面氧化、单面氧化或者未氧化的单晶硅片或者多晶硅片，单晶硅片的晶向为100或者111，硅基底11的厚度为100um～700um，包括端点值。

进一步地，所述加热电阻膜14包括至少一个第一支撑部141，所述加热电极12包括至少一个覆盖所述第一支撑部141的第二支撑部121，所述第一支撑部与所述第二支撑部121的形状相同，所述第一支撑部141由所述加热电阻膜14位于所述中心加热区A的部分向所述外围支撑区B延伸，所述第二支撑部121由所述加热电极位于所述外围支撑区B的部分向所述中心加热区A延伸。

进一步地，所述第二支撑部121的宽度小于或等于所述第一支撑部141的宽度。具体地，在本发明实施方式中，所述第二支撑部121的形状及尺寸与第一支撑部的形状及尺寸完全相同。

具体地，功能层15覆盖于所述加热电阻膜14的表面。加热电极12的第二支撑部121覆盖加热电阻膜14的第一支撑部141，从而将加热电阻膜14与硅基底11连接起来。加热电阻膜14在导电的同时还为功能层15提供支撑作用。空气绝热腔13贯穿硅基底11并环绕于加热电极12、加热电阻膜14、功能层15和第一支撑部141及第二支撑部121之间。

具体地，所述功能层15的厚度可以为0.001um～20um，包括端点值。

进一步地，如图2a所示，所述功能层15为气体敏感层151，所述气体敏感层151由设于所述加热电阻膜14表面的气体敏感浆料烧结而形成。气体敏感浆料为对目标气体有敏感活性的材料制成。具体地，所述气体敏感浆料的材料包括二氧化锡、氧化锌或者氧化钨中的一种或者几种，以及贵金属催化剂和催化助剂。

具体地，贵金属催化剂是催化反应的主要参与者，有银、金、铂、钯、钌、铱、铑、铕等，包括但不限于此。催化助剂是稀土氧化物及其他能够改善催化活性的金属氧化物，如二氧化钍(ThO2)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化锑(Sb2O3)、氧化镧(La2O3)、氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、二氧化铪(HfO2)、氧化铜(CuO)等，包括但不限于此。通过调控催化助剂的掺杂比例，使得气体敏感层151在特定工作温度下的阻值为5KΩ～500KΩ中的某一特定阻值。

进一步地，如图2b所示，所述功能层为环境补偿层152，所述环境补偿层152由设于所述加热电阻膜14表面的环境补偿浆料烧结而形成。环境补偿浆料由对目标气体无敏感活性的材料制成。具体地，所述环境补偿浆料的材料包括二氧化锡、二氧化钍、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氧化镧、氧化钙、氧化钡、氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化铪、氧化铜、氧化锌、氧化钨中的一种或几种。

在本发明实施方式中，所述环境补偿层152的阻值不小于10MΩ。

进一步地，所述加热电阻膜14的制备材料为锑锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂二氧化锡、氟磷共掺杂二氧化锡、铝掺杂氧化锌、二氧化钌、二氧化钌/银复合材料、二氧化钌/银钯复合材料中的任意一种。

优选地，所述加热电阻膜14的形状为长方形、正方形或者圆形中的一种或多种的组合。

优选的，所述加热电阻膜14的阻值可以为10Ω～500Ω，包括端点值。所述加热电阻膜14的厚度可以为1um～50um，包括端点值。

具体来说，加热电阻膜14是通过丝网印刷导电金属氧化物浆料并通过高温烧结制备而成，加热电极是通过丝网印刷电极浆料并通过高温烧结制备而成。

优选地，所述加热电极12由设于述第一表面的设定金属导电浆料烧结而形成。此时，加热电极12为具有一定面积的导电焊盘，外界电路可以通过压焊、球焊、点焊等焊接方式与加热电极12进行电性连接，加热电极12主要为微热板提供外界施加的电信号；加热电阻膜14采用导电金属氧化物浆料制备，通过调控不同的比例，使得加热电阻膜14具有特定的电阻，加热电阻膜14为气体传感器的主要发热元件，当外界的电流通过加热电极12传输到加热电阻膜14时，加热电阻膜14产生焦耳热，进而为热线型气体传感器提供热源。

为了使热线型气体传感器具有更小的热容，更快的热响应，将加热电阻膜14设置成悬膜，并通过第一支撑部141与加热电极12的第二支撑部121相连接，第一支撑部141及第二支撑部121起到支撑和固定加热电阻膜14的作用，并与加热电阻膜14形成电性连接。通过刻蚀技术，将硅基底11上中心加热区的硅刻蚀掉，形成空气绝热腔13，由于空气具有较低的热导率，具有很好的绝热性。采用深硅刻蚀技术形成空气绝热腔13，可以通过物理方法或是化学方法刻蚀所述中心加热区A对应的硅基底11，形成所述空气绝热腔。加热电阻膜14的形状根据加热层的需求做适当调整，但无论为何种形状，加热电极12与加热电阻膜14均电性连接，加热电阻膜14根据需要设置成特定的形状，加热后为气体传感器的工作提供特定的温度。

优选的，所述加热电极12的厚度为1um～50um，包括端点值，所述加热电极12选自Pt、Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Ag/Pd、Pt/Au中的任意一种。

如图5所示，本发明一实施方式中还公开了一种热线型气体传感器20，包括封装外壳200及设于所述封装外壳200内的至少两个如上所述的热线型气体传感器芯片。所述封装外壳200包括基座203，设于基座203上方的开口204，覆盖所述开口204的防爆防尘透气膜201及设于所述基座203内的电连接件27。每个所述热线型气体传感器芯片均通过所述电连接件27与所述基座203电性连接。

进一步地，所述热线型气体传感器20包括两个热线型气体传感器芯片，分别为检测元件芯片210及补偿元件芯片220，所述检测元件芯片210的功能层为气体敏感层211，所述补偿元件芯片220的功能层为环境补偿层221。

封装外壳200，不仅起着安放、固定、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。检测元件芯片210和补偿元件芯片220上的加热电极分别用导线27连接到封装外壳200的引脚28上，这些引脚28又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。优选的，封装外壳200可以为陶瓷封装管壳、塑料封装管壳、PCB封装管壳中的任意一种。

在封装外壳200上设置的防爆防尘透气膜201，方便外界气体能够顺利进入热线型气体传感器20。具体地，防爆防尘透气膜201由多孔的不锈钢粉末烧结体或者多孔金属片组成，具有防尘防爆且透气的功能。

优选地，所述防爆防尘透气膜201上还设有防水透气膜202。防水透气膜可防止水汽进入热线型气体传感器，以免影响传感器的准确性。

如图6所示，为本发明另一实施方式中的热线型气体传感器的结构示意图。在本实施方式中，热线型气体传感器30同样包括封装壳体300，检测元件芯片36和补偿元件芯片37。检测芯片36包括硅基底31a，加热电极32a及加热电阻膜34，补偿元件芯片包括硅基底31b，加热电极32b及加热电阻膜35。在本实施方式中，因功能层的厚度远小于加热电阻膜34(或加热电阻膜35)的厚度，加热电阻膜34(或加热电阻膜35)在结构上近似为单一加热膜，但在功能上仍然不同。具体来说，加热电阻膜34同时负担加热和气体检测功能，当周围有目标气体时，加热电阻膜34的阻值会发生变化，从而加热电阻膜34和加热电极32a构成检测元件。另外，加热电阻膜35同时负担加热和环境补偿功能，当周围有目标气体时，加热电阻膜35的阻值不会发生变化，从而加热电阻膜35和加热电极32b构成补偿元件。

结合参考图1-6，在本发明实施方式中，热线型气体传感器的检测原理是：将检测元件芯片和补偿元件芯片的加热电阻膜的电阻均设为R₀，将检测元件芯片的气体敏感层的电阻设为R₁，将补偿元件芯片的环境补偿层的电阻设为R₂。则根据串并联电路原理，因两个加热电阻膜与两个功能膜均为并联，则检测元件芯片中的加热电阻膜与气体敏感层的总电阻为补偿元件芯片中的加热电阻膜与环境补偿层的总电阻环境补偿层的电阻R₂的阻值大于10MΩ，电阻值很大，并且环境中存在目标气体时，环境补偿层的电阻R₂不会变化，因此补偿元件芯片中的电阻R_C≈R₀。而检测元件芯片的电阻R_D是由加热电阻R₀和气体敏感功能层电阻R₁并联得到，当周围环境存在目标气体时，气体敏感层的电阻R₁发生变化，使得检测元件芯片中的电阻R_D发生变化。将检测元件芯片和补偿元件芯片串联接入惠斯通电桥中，能够检测出目标气体的浓度，而且当环境温湿度发生变化时，补偿元件芯片和检测元件芯片的电阻会发生同步变化，使得电桥输出信号保持稳定。本发明实施方式所述的热线型气体传感器采用检测元件芯片和补偿元件芯片来抵消环境温湿度的影响，同时利用气体敏感层和加热电阻层的并联关系达到检测目标气体浓度的目的，是一种新型的热线型气体传感器。

本发明实施方式所述技术方案中，采用设定金属氧化物加热电阻浆料通过厚膜印刷技术在硅基底表面成膜后，通过设定温度的高温烧结可以形成设定目标特性的加热电阻膜，同样通过厚膜印刷技术形成设定的加热电极，并通过形成第一支撑部及第二支撑部来使得加热电阻膜成为悬膜。加热电极和加热电阻悬膜通过高温烧结而成，并且采用厚膜技术，具有较好的稳定性和可靠性，并具有优秀的绝热性能和较好的力学性能。

加热电阻膜不仅负担传感器的加热功能，还承担功能层的支撑层，为功能层提供支撑作用。和本领域现有技术相比，本发明实施方式中热线型气体传感器没有多余的绝热层或者支撑层进行支撑加热电阻膜，简化了结构和制备工艺。加热电阻膜采用低成本的厚膜印刷工艺形成，能够实现连续自动化批量生产，而且无需采用昂贵的物理气相沉积或者化学气象沉积设备，更加利于产品成本的降低。

如图7所示，本发明还公开了一种热线型气体传感器的制作方法，所述方法包括：

S1，将导电金属氧化物粉体及有机载体配制成陶瓷浆料，印刷或涂布在硅基底11上，以形成加热电阻膜14；

首先，硅基底11为一双面氧化的，具有100晶向的单晶硅基底，硅基底11需要用丙酮超声清洗10min，再用异丙醇超声清洗5min，再用去离子水清洗5min，并用氮气吹干。接着，选用合适规格的导电金属氧化物粉体，添加有机载体，配制成陶瓷浆料，采用印刷或者涂布的方式制备在硅基底11上，并在一定温度下烘干烧结，以形成加热电阻膜14。具体来说，可以通过丝网印刷、平板印刷、凹版印刷、凸版印刷、流延、刮涂、喷涂等成膜方式中的任意一种方式，形成具有特定图形的加热电阻膜。

S2，将加热电极浆料分别印刷或涂布在硅基底11上，以形成加热电极12。

将加热电极浆料采用印刷或者涂布的方式制备在硅基底11上，并进行烘干和烧结，得到加热电极12。具体来说，可以通过丝网印刷、平板印刷、凹版印刷、凸版印刷、流延、刮涂、喷涂等成膜方式中的任意一种方式，形成具有特定图形的加热电极。

S3，通过刻蚀技术在硅基底上形成绝热空气腔，得到微热板。

在基底正面和背面旋涂光刻胶，在热台上烘干，并将基底背面的光刻胶进行图形化曝光和图形化显影，通过反应离子刻蚀技术，将背面的二氧化硅去掉，然后通过深硅刻蚀技术，将光刻胶未保护的硅刻蚀掉，形成绝热空气腔13，得到气体传感器的微热板。

S4，重复上述步骤S1至S3以制作另一个微热板。

制作出两个微热板，以便分别承载两个不同的功能层。

S5，将气体敏感浆料印刷或涂布在其中一个所述微热板上，以形成气体敏感层。

配制气体敏感浆料，并采用印刷或者涂布的方式制备在上述微热板上，以形成气体敏感层。可以通过丝网印刷、平板印刷、凹版印刷、凸版印刷、流延、刮涂、喷涂等成膜方式中的任意一种方式，形成气体敏感层。

S6，将环境补偿浆料印刷或涂布在另一个所述微热板上，以形成环境补偿层。

配制环境补偿浆料，并采用印刷或者涂布的方式制备在上述另一个微热板上，以形成环境补偿层。可以通过丝网印刷、平板印刷、凹版印刷、凸版印刷、流延、刮涂、喷涂等成膜方式中的任意一种方式，形成环境补偿层。

S7，将两个微热板分别烘干烧结并切割，得到检测元件芯片和补偿元件芯片。

在本发明实施例所述制备方法中，可以通过大尺寸晶圆同时制备多个热线型气体传感器芯片，然后通过切割工艺，分割为多个单粒的检测元件芯片和补偿元件芯片，切割后每个芯片均是具有硅基底11、加热电极12、加热电阻膜14和功能层15。

S8，将检测元件芯片和补充元件芯片封装在封装外壳中，并在封装外壳的开口处贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜。

具体地，上述烘干温度为40—200℃之间的某一温度，烧结温度为400—1200℃之间的某一温度。

为了更好的阐述本发明，以下提供一些热线型气体传感器的制备方法的具体实施例。

实施例1

提供一双面抛光双面氧化的，具有100晶向的4英寸单晶硅晶圆，然后用丙酮超声清洗15min，再用异丙醇超声清洗5min，再用去离子水清洗5min，并用氮气吹干；选用合适规格的导电金属氧化物粉体，添加有机载体，配制成加热电阻膜浆料，在晶圆上采用丝网印刷的方式印刷长宽为300um×300um的正方形加热电阻膜，并在120℃下烘干10min；然后再将导电浆料印刷在晶圆上，并在120℃下烘干10min；将烘干好的晶圆放入马弗炉中，在1000℃烧结30min，得到10um厚的加热电阻膜和电极电极，并且加热电阻膜的电阻值为100Ω；

在基底正面和背面旋涂正光刻胶，在100℃烘干5min固化，并将背面的光刻胶进行图形化曝光和图形化显影，得到厚度10um，长宽为500um×500um的光刻胶未保护的区域，通过反应离子刻蚀技术，将未保护区域的二氧化硅去掉，然后通过深硅刻蚀技术，将光刻胶未保护的硅刻蚀掉，形成绝热空气腔，得到带有第一支撑部的加热电阻悬膜；

配制功能层浆料，并分别采用丝网印刷工艺，将功能层制备在加热电阻膜上，150℃烘干10min，并在800℃烧结60min，得到厚度为10um的气体敏感层和环境补偿层，后通过激光切割技术，得到长宽都为1.0mm×1.0mm检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补偿元件芯片封装在陶瓷管壳中，陶瓷管壳贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜，得到热线型气体传感器，所得到热线型气体传感器对甲烷的响应曲线如图8所示。

实施例2

提供一双面抛光单品氧化的，具有100晶向的6英寸单晶硅晶圆，然后用丙酮超声清洗10min，再用异丙醇超声清洗10min，再用去离子水清洗5min，并用氮气吹干；

选用合适规格的导电金属氧化物粉体，添加有机载体，配制成加热电阻膜浆料，在晶圆单面氧化层上采用丝网印刷的方式印刷长宽为300um×400um的长方形加热电阻膜，并在100℃下烘干10min；然后再将导电浆料印刷在晶圆上，并在100℃下烘干10min；

将烘干好的晶圆放入马弗炉中，在1200℃烧结20min，得到20um厚的加热电阻膜和电极电极，并且加热电阻膜的电阻值为80Ω；

在基底正面和背面旋涂正光刻胶，在110℃烘干5min固化，并将背面的光刻胶进行图形化曝光和图形化显影，得到厚度8um，长宽为500um×500um的光刻胶未保护的区域，通过反应离子刻蚀技术，将未保护区域的二氧化硅去掉，然后通过深硅刻蚀技术，将光刻胶未保护的硅刻蚀掉，形成绝热空气腔，得到带有第一支撑部的加热电阻膜，其为一悬膜结构；

配制功能层浆料，并分别采用丝网印刷工艺，将功能层制备在加热电阻膜上，120℃烘干10min，并在900℃烧结40min，得到厚度为5um的气体敏感层和环境补偿层，后通过激光切割技术，得到长宽都为1.0mm×1.0mm检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补偿元件芯片封装在陶瓷管壳中，陶瓷管壳贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜，得到热线型气体传感器。

实施例3

提供一双面抛光双面氧化的，具有100晶向的2英寸单晶硅晶圆，然后用丙酮超声清洗10min，再用异丙醇超声清洗10min，再用去离子水清洗5min，并用氮气吹干；选用合适规格的导电金属氧化物粉体，添加有机载体，配制成加热电阻膜浆料，在晶圆上采用刮涂的方式印刷长宽为400um×400um的正方形加热电阻膜，并在150℃下烘干10min；然后再将导电浆料印刷在晶圆上，并在150℃下烘干10min；将烘干好的晶圆放入马弗炉中，在1100℃烧结30min，得到15um厚的加热电阻膜和电极电极，并且加热电阻膜的电阻值为60Ω；

在基底正面和背面旋涂正光刻胶，在100℃烘干5min固化，并将背面的光刻胶进行图形化曝光和图形化显影，得到厚度7um，长宽为600um×600um的光刻胶未保护的区域，通过反应离子刻蚀技术，将未保护区域的二氧化硅去掉，然后通过深硅刻蚀技术，将光刻胶未保护的硅刻蚀掉，形成绝热空气腔，得到带有第一支撑部的加热电阻膜，其为一悬膜结构；

配制功能层浆料，并分别采用浸涂工艺，将功能层制备在加热电阻膜上，150℃烘干10min，并在1000℃烧结60min，得到厚度为0.05um的气体敏感层和环境补偿层，后通过激光切割技术，得到长宽都为1.0mm×1.0mm检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补偿元件芯片封装在陶瓷管壳中，陶瓷管壳贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜，得到热线型气体传感器。

实施例4

提供一双面抛光双面氧化的，具有100晶向的8英寸单晶硅晶圆，然后用丙酮超声清洗10min，再用异丙醇超声清洗5min，再用去离子水清洗5min，并用氮气吹干；选用合适规格的导电金属氧化物粉体，添加有机载体，配制成加热电阻膜浆料，在晶圆上采用凹版印刷的方式印刷直径为500um的圆形加热电阻膜，并在120℃下烘干10min；然后再将导电浆料印刷在晶圆上，并在120℃下烘干10min；将烘干好的晶圆放入马弗炉中，在900℃烧结30min，得到25um厚的加热电阻膜和电极电极，并且加热电阻膜的电阻值为40Ω；

在基底正面和背面旋涂正光刻胶，在100℃烘干5min固化，并将背面的光刻胶进行图形化曝光和图形化显影，得到厚度10um，长宽为700um×700um的光刻胶未保护的区域，通过反应离子刻蚀技术，将未保护区域的二氧化硅去掉，然后通过深硅刻蚀技术，将光刻胶未保护的硅刻蚀掉，形成绝热空气腔，得到带有第一支撑部的加热电阻膜，其为一悬膜结构；

配制功能层浆料，并分别采用喷涂工艺，将功能层制备在加热电阻膜上，150℃烘干10min，并在1100℃烧结15min，得到厚度为1um的气体敏感层和环境补偿层，后通过激光切割技术，得到长宽都为1.2mm×1.2mm检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补偿元件芯片封装在陶瓷管壳中，陶瓷管壳贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜，得到热线型气体传感器。

实施例5

提供一双面抛光双面氧化的，具有100晶向的12英寸单晶硅晶圆，然后用丙酮超声清洗10min，再用异丙醇超声清洗5min，再用去离子水清洗5min，并用氮气吹干；选用合适规格的导电金属氧化物粉体，添加有机载体，配制成加热电阻膜浆料，在晶圆上采用凹版印刷的方式印刷长宽为500um×600um的长方形加热电阻膜，并在120℃下烘干10min；然后再将导电浆料印刷在晶圆上，并在120℃下烘干10min；将烘干好的晶圆放入马弗炉中，在900℃烧结90min，得到30um厚的加热电阻膜和电极电极，并且加热电阻膜的电阻值为20Ω；

在基底正面和背面旋涂正光刻胶，在100℃烘干5min固化，并将背面的光刻胶进行图形化曝光和图形化显影，得到厚度6um，长宽为800um×800um的光刻胶未保护的区域，通过反应离子刻蚀技术，将未保护区域的二氧化硅去掉，然后通过深硅刻蚀技术，将光刻胶未保护的硅刻蚀掉，形成绝热空气腔，得到带有第一支撑部的加热电阻膜，其为一悬膜结构；

配制功能层浆料，并分别采用喷墨打印工艺，将功能层制备在加热电阻膜上，150℃烘干10min，并在800℃烧结60min，得到厚度为0.1um的气体敏感层和环境补偿层，后通过激光切割技术，得到长宽都为1.2mm×1.2mm检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补偿元件芯片封装在陶瓷管壳中，陶瓷管壳贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜，得到热线型气体传感器。

实施例6

提供一双面抛光双面氧化的，具有111晶向的10英寸单晶硅晶圆，然后用丙酮超声清洗10min，再用异丙醇超声清洗5min，再用去离子水清洗5min，并用氮气吹干；选用合适规格的导电金属氧化物粉体，添加有机载体，配制成加热电阻膜浆料，在晶圆上采用丝网印刷的方式印刷长宽为300um×300um的正方形加热电阻膜，并在120℃下烘干15min；然后再将导电浆料印刷在晶圆上，并在120℃下烘干15min；将烘干好的晶圆放入马弗炉中，在800℃烧结90min，得到20um厚的加热电阻膜和电极电极，并且加热电阻膜的电阻值为100Ω；

在基底正面和背面旋涂正光刻胶，在100℃烘干5min固化，并将背面的光刻胶进行图形化曝光和图形化显影，得到厚度10um，长宽为500um×500um的光刻胶未保护的区域，通过反应离子刻蚀技术，将未保护区域的二氧化硅去掉，然后通过深硅刻蚀技术，将光刻胶未保护的硅刻蚀掉，形成绝热空气腔，得到带有第一支撑部的加热电阻膜，其为一悬膜结构；

配制功能层浆料，并分别采用浸涂工艺，将功能层制备在加热电阻膜上，120℃烘干10min，并在600℃烧结30min，得到厚度为0.001um的气体敏感层和环境补偿层，后通过激光切割技术，得到长宽都为1.0mm×1.0mm检测元件芯片和补偿元件芯片；将检测元件芯片和补偿元件芯片封装在陶瓷管壳中，陶瓷管壳贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜，得到热线型气体传感器。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种热线型气体传感器芯片，其特征在于，包括：硅基底，包括相对设置的第一表面及第二表面；所述硅基底包括中心加热区及外围支撑区，所述中心加热区包括贯穿所述第一表面以及所述第二表面的空气绝热腔；加热电阻膜，设于第一表面上；加热电极，设于所述第一表面上并部分覆盖所述加热电阻膜；功能层，设于所述加热电阻膜上方并位于所述中心加热区，所述功能层为气体敏感层或环境补偿层。

2.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述功能层为气体敏感层，所述气体敏感层由设于所述加热电阻膜表面的气体敏感浆料烧结而形成。

3.根据权利要求2所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述气体敏感浆料的材料包括二氧化锡、氧化锌或者氧化钨中的一种或者几种，以及贵金属催化剂和催化助剂。

4.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述功能层为环境补偿层，所述环境补偿层由设于所述加热电阻膜表面的环境补偿浆料烧结而形成。

5.根据权利要求4所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述环境补偿浆料的材料包括二氧化锡、二氧化钍、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氧化镧、氧化钙、氧化钡、氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化铪、氧化铜、氧化锌、氧化钨中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述环境补偿层的阻值不小于10MΩ。

7.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述功能层的厚度为0.001um～20um。

8.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻膜的阻值为10Ω～500Ω。

9.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻膜的制备材料为锑锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂二氧化锡、氟磷共掺杂二氧化锡、铝掺杂氧化锌、二氧化钌、二氧化钌/银复合材料、二氧化钌/银钯复合材料中的任意一种。

10.根据权利要求9所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻膜的形状为长方形、正方形或者圆形中的一种或多种的组合。

11.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电极由设于述第一表面的设定金属导电浆料烧结而形成。

12.根据权利要求1所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述加热电阻膜包括至少一个第一支撑部，所述加热电极包括至少一个覆盖所述第一支撑部的第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部的形状相同，所述第一支撑部由所述加热电阻膜位于所述中心加热区的部分向所述外围支撑区延伸而形成，所述第二支撑部由所述加热电极位于所述外围支撑区的部分向所述中心加热区延伸。

13.根据权利要求12所述的热线型气体传感器芯片，其特征在于，所述第二支撑部的宽度小于或等于所述第一支撑部的宽度。

14.一种热线型气体传感器，其特征在于，包括封装外壳及设于所述封装外壳内的至少两个如权利要求1-13中任意一项所述的热线型气体传感器芯片；所述封装外壳包括基座，设于基座上方的开口及设于所述基座内的电连接件；每个所述热线型气体传感器芯片均通过所述电连接件与所述基座电性连接。

15.根据权利要求14所述的热线型气体传感器，其特征在于，所述热线型气体传感器包括两个热线型气体传感器芯片，分别为检测元件芯片及补偿元件芯片，所述检测元件芯片的功能层为气体敏感层，所述补偿元件芯片的功能层为环境补偿层。

16.根据权利要求14所述的热线型气体传感器，其特征在于，所述热线型气体传感器还包括覆盖所述开口的防爆防尘透气膜，所述防爆防尘透气膜上还设有防水透气膜。

17.一种热线型气体传感器的制作方法，其特征在于，

将导电金属氧化物粉体及有机载体配制成陶瓷浆料，印刷或涂布在硅基底上，以形成加热电阻膜；

将加热电极浆料分别印刷或涂布在硅基底上，以形成加热电极；

通过刻蚀技术在硅基底上形成绝热空气腔，得到微热板；

重复上述步骤以制作另一个微热板；

将气体敏感浆料印刷或涂布在其中一个所述微热板上，以形成气体敏感层；

将环境补偿浆料印刷或涂布在另一个所述微热板上，以形成环境补偿层；

将两个微热板分别烘干烧结并切割，得到检测元件芯片和补偿元件芯片；

将检测元件芯片和补充元件芯片封装在管壳中，并在管壳的开口处贴装防爆防尘透气膜和防水透气膜。