CN110371920A - 抑制ndir气体传感器振动敏感性的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种抑制NDIR气体传感器振动敏感性的方法及装置，属于传感器技术领域，该方法包括：在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化；在所述微槽内填充柔性材料，形成离散化的所述功能单元之间的柔性物理连接；通过背面的深刻蚀将所述微槽下方多余的硬质基底材料去除，形成由柔性材料连接的柔性结构。实现了NDIR中的各个功能单元的柔性化集成，在不依赖外部隔振系统的条件下提升NDIR气体传感器的振动环境适应性。
Description
技术领域
本申请涉及抑制NDIR气体传感器振动敏感性的方法及装置，属于传感器技术领域。
背景技术
基于NDIR(Non-Dispersive InfraRed，非分散性红外线技术)的气体传感器具有稳定性好、使用寿命长、交叉耦合性较小的优点，是一类重要的气体传感器，已在工业领域广泛应用。通过MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机系统)技术和工艺实现NDIR气体传感器的微型化，是NDIR传感器的重要发展方向。与电化学、半导体等其他类型的气体传感器相比，NDIR传感器由于使用光源、滤光片等光学元件，其对振动较为敏感，难以在振动环境下长期使用。现有提高NDIR气体传感器振动环境适应性的主要方法是通过独立的隔振结构消除外部振动对传感器核心部件的影响。
通过隔振结构消除振动影响的方法对于传感器对振动适应性的提升具有重要意义，但隔振机构通常为由机械结构组成的二阶或高阶阻尼系统，需要连杆、弹簧、阻尼器等减震部件，对于安装尺寸要求较高的应用场景，额外的隔振机构体积较大，难以与安装环境集成，其实际应用较为受限，且隔振机构的组成复杂，增加了系统的结构复杂性，不利于整个系统的可靠性提升。
发明内容
本申请提供了一种抑制NDIR气体传感器振动敏感性的方法及装置，可以解决现有方案中的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种抑制NDIR气体传感器振动敏感性的方法，所述方法包括：
在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化；
在所述微槽内填充柔性材料，形成离散化的所述功能单元之间的柔性物理连接；
通过背面的深刻蚀将所述微槽下方多余的硬质基底材料去除，形成由柔性材料连接的柔性结构。
可选的，所述方法还包括：若NDIR气体传感器中包括半导体单元，则所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化之前，所述方法还包括：
将所述NDIR气体传感器中的非半导体单元划片，所述非半导体单元包括红外光源、光路系统和红外探测单元；
将划片后的功能单元和所述半导体单元转移到临时基片上；
通过注模临时封装材料，获得临时基片，所述临时基片包括所述硬质基底，执行所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化的步骤。
可选的，离散化单元之间的柔性物理连接通过柔性材料的通孔、金属化实现。
可选的，所述柔性材料为Paryfin、Parylene或者PDMS。
可选的，所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化之前，所述方法还包括：
通过MEMS工艺，在所述硬质基底上制备具有NDIR气体传感器功能的目标功能元单元，所述目标功能单元包括红外光源单元、光路系统、红外探测单元和配套功能单元。
可选的，所述硬质基底的材质为硅、氧化硅、氮化硅或者以上的混合物。
第二方面，提供了一种抑制NDIR气体传感器振动敏感性的装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储右至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现第一方面所述的方法。
本申请的有益效果在于：利用柔性材料自身的柔性制成具有较好隔振效果的衬底，通过柔性MEMS转移工艺，将NDIR传感器的不同部件转移到柔性衬底上，同时，基于混合柔性集成工艺，可实现NDIR中的各个功能单元的柔性化集成，在不依赖外部隔振系统的条件下提升NDIR气体传感器的振动环境适应性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的NDIR气体传感器的结构示意图；
图2是本申请一个实施例提供的抑制NDIR气体传感器振动敏感性的方法的方法流程图；
图3是本申请一个实施例提供的NDIR气体传感器制备过程中的结构图；
图4是本申请一个实施例提供的NDIR气体传感器制备过程中的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
请参考图1，其示出了NDIR气体传感器的结构示意图，如图所示，该NDIR气体传感器由硬质基底(柔性衬底结构)、红外光源、光路系统、红外探测单元和配套功能单元。其中，所述硬质基底的材质为硅、氧化硅、氮化硅或者以上的混合物；配套功能单元可以为检测电路等等。实际实现时，通过MEMS工艺，在硬质基底上制备具有NDIR气体检测功能的传感功能单元，传感功能单元可以有一个或多个，并且包括但不限于上述所说的单元，且图1仅以传感功能单元包括上述各个单元来举例说明。
请参考图2，其示出了本申请一个实施例提供的抑制NDIR气体传感器振动敏感性的方法的方法流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201，在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化；
步骤201，在所述微槽内填充柔性材料，形成离散化的所述功能单元之间的柔性物理连接；
所述柔性材料为Parylene(派瑞林)、Paryfin或者PDMS，本实施例以柔性材料为Parylene来举例说明。
可选的，离散化单元之间的柔性物理连接通过柔性材料的通孔、金属化实现。
步骤203，通过背面的深刻蚀将所述微槽下方多余的硬质基底材料去除，形成由柔性材料连接的柔性结构。
由于Parylene的淀积具有高保形性，在工艺中将较宽的柔性槽分割成若干平行的窄槽，然后淀积Parylene，以保证填充后表面的平整。
请参考图3，其示出了制备过程中的结构示意图。
可选的，所述方法还包括：若NDIR气体传感器中包括半导体单元，则所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化之前，所述方法还包括：
第一，将所述NDIR气体传感器中的非半导体单元划片；
此处所说的非半导体单元是指NDIR气体传感器中除半导体元件之外的实现NDIR气体传感器所需的元件，所述非半导体单元包括红外光源、光路系统和红外探测单元。
第二，将划片后的功能单元和所述半导体单元转移到临时基片上；
第三，通过注模临时封装材料，获得临时基片，所述临时基片包括所述硬质基底，执行所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化的步骤。
请参考图4，其示出了制备过程中的结构示意图。
通过上述方法即可实现NDIR中的非半导体单元和半导体单元等多种不同类型且加工工艺不兼容部件的柔性机械连接和电气互连，并在柔性化衬底上刻蚀出传感器所需的检测窗口，最后释放作为临时基片的封装材料，获得NDIR功能单元与IC元件的柔性化混合集成。
通过临时基片将NDIR功能单元固定，并开展柔性混合集成制备工艺，最后释放临时基片，形成柔性多功能敏感元件与光学元件和电路的兼容集成。采用的新型柔性材料Parylene，除拥有柔性及优异电学、化学、热学惰性特性外，还具有更优异的抗紫外和抗老化性能，可提高传感器在极端环境中的耐久性。
可选的，所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化之前，所述方法还包括：
通过MEMS工艺，在所述硬质基底上制备具有NDIR气体传感器功能的目标功能元单元，所述目标功能单元包括红外光源单元、光路系统、红外探测单元和配套功能单元。
可选地，本申请还提供有一种抑制NDIR气体传感器振动敏感性的装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储右至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现如上所述的方法。
可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种抑制NDIR气体传感器振动敏感性的方法，其特征在于，所述方法包括：
在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化；
在所述微槽内填充柔性材料，形成离散化的所述功能单元之间的柔性物理连接；
通过背面的深刻蚀将所述微槽下方多余的硬质基底材料去除，形成由柔性材料连接的柔性结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若NDIR气体传感器中包括半导体单元，则所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化之前，所述方法还包括：
将所述NDIR气体传感器中的非半导体单元划片，所述非半导体单元包括红外光源、光路系统和红外探测单元；
将划片后的功能单元和所述半导体单元转移到临时基片上；
通过注模临时封装材料，获得临时基片，所述临时基片包括所述硬质基底，执行所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离散化单元之间的柔性物理连接通过柔性材料的通孔、金属化实现。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述柔性材料为Paryfin、Parylene或者PDMS。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在硬质基底上刻蚀微槽将待柔性化的功能单元离散化之前，所述方法还包括：
通过MEMS工艺，在所述硬质基底上制备具有NDIR气体传感器功能的目标功能元单元，所述目标功能单元包括红外光源单元、光路系统、红外探测单元和配套功能单元。
6.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述硬质基底的材质为硅、氧化硅、氮化硅或者以上的混合物。
7.一种抑制NDIR气体传感器振动敏感性的装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储右至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现如权利要求1至6任一所述的方法。
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| CN111717885A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-29 | 北京协同创新研究院 | 一种硅基微纳结构柔性化加工方法 |
| CN111717885B (zh) * | 2020-05-20 | 2023-10-31 | 北京协同创新研究院 | 一种硅基微纳结构柔性化加工方法 |
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| CN110371920B (zh) | 2023-09-08 |
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