CN112577863A - 气体检测模块 - Google Patents

Abstract

一种气体检测模块，包含：一基座、一压电致动器、一驱动电路板、一激光组件、一微粒传感器及一外盖，于基座将导气组件承载区及激光设置区间隔，再辅以气体流道设计，最后由驱动电路板封盖于基座底面、外盖封盖基座表面，进而使基座的一进气沟槽与驱动电路板共同定义出一进气路径，以及使基座的一出气沟槽、外盖与驱动电路板共同定义一出气路径，可大幅降低气体检测模块的厚度。

Description

气体检测模块

技术领域

本案关于一种气体检测模块，尤指一种极薄型的气体检测模块。

背景技术

悬浮微粒是指气体中含有的固体颗粒或液滴。由于其粒径非常细微，容易通过鼻腔内的鼻毛进入人体的肺部，因而引起肺部的发炎、气喘或心血管的病变，若是其他污染物依附于悬浮微粒上，更会加重对于呼吸系统的危害。近年来，气体污染问题渐趋严重，尤其是细悬浮微粒(例如：PM2.5)的浓度数据常常过高，气体悬浮微粒浓度的监测渐受重视，但由于气体会随风向、风量不稳定的流动，而目前检测悬浮微粒的气体品质监测站大都为定点，所以根本无法确认当下周遭的悬浮微粒浓度，因此需要一个微型且方便携带的气体检测模块来供使用者可无时无刻、随时随地的检测周遭的悬浮微粒浓度。

请参阅图1，其为中国台湾专利申请案号107130404所示的一种气体检测模块。目前现有的气体检测模块1A的壳体11A受限于导气件12A的大小，以及内部气体流道的限制，难以缩减其体积，如图1所示箭头所指导气路径，气体需由上层入口进入再往下层导入后，经检测后再由微型泵导送，最后再回到上层出口排出，如此设计的导气通道结构路径多层、复杂且厚度较厚，使整体气体检测模块的厚度难以轻薄化，较难实施于小型化的行动装置或其他可携式电子装置上应用，有鉴于此，如何将气体检测模块轻薄化，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本案的主要目的是提供一种气体检测模块，由驱动电路板贴附基座的第二表面，且使基座的第一表面被一外盖贴附，进而使进气沟槽定义出一进气路径，以及使出气沟槽定义一出气路径。而且将激光组件设置于驱动电路板上，再以驱动电路板直接封盖基座，并通过基座的结构将压电致动器的位置与激光组件的位置区隔，可大幅降低气体检测模块的厚度。

本案的一广义实施态样为一种气体检测模块，包含：一基座，具有：一第一表面；一第二表面，相对于该第一表面；一激光设置区，自该第一表面朝向该第二表面挖空形成；一进气沟槽，自该第二表面凹陷形成，且邻近于该激光设置区，该进气沟槽设有一进气口，连通该基座外部，以及两侧壁贯穿一透光窗口，与该激光设置区连通；一导气组件承载区，自该第二表面凹陷形成，并连通该进气沟槽，且于底面贯通一通气孔，以及该导气组件承载区的四个角分别具有一定位凸块；以及一出气沟槽，自该第一表面对应到该导气组件承载区底面处凹陷，并于该第一表面未对应到该导气组件承载区的区域自该第一表面朝向该第二表面挖空形成，与该通气孔连通，并设有一出气口，连通该基座外部；一压电致动器，容设于该导气组件承载区；一驱动电路板，封盖贴合该基座的该第二表面上；一激光组件，定位设置于该驱动电路板上与其电性连接，并对应容设于该激光设置区中，且所发射出的光束穿过该透光窗口并与该进气沟槽形成正交方向；一微粒传感器，定位设置于该驱动电路板上与其电性连接，并对应容设于该进气沟槽与该激光组件所投射的该光束路径的正交方向位置处，以对通过该进气沟槽且受该激光组件所投射光束照射的微粒做检测；以及一外盖，罩盖于该基座的该第一表面上，且具有一侧板，该侧板对应到该基座的该进气口及该出气口的位置分别设有一进气框口及一出气框口；其中，该基座、该压电致动器、该驱动电路板、该激光组件、该微粒传感器及该外盖是以微小材料制出的一模块结构，且该模块结构具有一长度、一宽度及一厚度，该基座的该第一表面上罩盖该外盖，该第二表面上封盖该驱动电路板，以使该进气沟槽与该驱动电路板共同定义出一进气路径，该出气沟槽、该外盖及该驱动电路板共同定义出一出气路径，借以使该压电致动器加速导引外部气体由该进气框口进入该进气路径，并通过该微粒传感器上，以检测出气体中的微粒浓度，且气体通过该压电致动器导送，更由该通气孔排入该出气路径，最后由该出气框口排出。

附图说明

图1为现有技术中气体检测模块的立体示意图。

图2A为本案气体检测模块的外观立体示意图。

图2B为本案气体检测模块另一角度的外观立体示意图。

图2C所示为本案气体检测模块的分解立体示意图。

图3A为基座的立体示意图。

图3B为基座另一角度的立体示意图。

图4为基座容置激光组件及微粒传感器的立体示意图。

图5A为压电致动器结合基座的分解立体示意图。

图5B为压电致动器结合基座的立体示意图。

图6A为压电致动器的分解立体示意图。

图6B为压电致动器另一角度的分解立体示意图。

图6C为压电致动器俯视示意图。

图7A为压电致动器的结合于导气组件承载区的剖面示意图。

图7B及图7C为图7A的压电致动器作动的示意图。

图8A至图8C为气体检测模块气体路径的示意图。

图9为激光组件发射的光束路径的示意图。

图10A为微机电泵的剖面示意图。

图10B为微机电泵的分解示意图。

图11A至图11C为微机电泵作动的示意图。

图12为微粒监测模块组设应用于小型化可携式电子装置的示意图。

图13为微粒监测模块嵌设应用于小型化行动装置的示意图。

附图标记说明

1A：气体检测模块

11A：壳体

12A：导气件

1：基座

100：气体检测模块

11：第一表面

12：第二表面

13：激光设置区

14：进气沟槽

14a：进气口

14b：透光窗口

15：导气组件承载区

15a：通气孔

15b：定位凸块

16：出气沟槽

16a：出气口

16b：第一区间

16c：第二区间

17：光陷阱区

17a：光陷阱结构

2：压电致动器

2A：可携式电子装置

21：喷气孔片

210：悬浮片

211：中空孔洞

212：空隙

22：腔体框架

23：致动体

231：压电载板

2311：压电接脚

232：调整共振板

233：压电板

24：绝缘框架

25：导电框架

251：导电接脚

252：导电电极

26：共振腔室

27：气流腔室

2a：微机电泵

21a：第一基板

211a：流入孔

212a：第一表面

213a：第二表面

22a：第一氧化层

221a：汇流通道

222a：汇流腔室

23a：第二基板

231a：硅晶片层

2311a：致动部

2312a：外周部

2313a：连接部

2314a：流体通道

232a：第二氧化层

2321a：振动腔室

233a：硅材层

2331a：穿孔

2332a：振动部

2333a：固定部

2334a：第三表面

2335a：第四表面

24a：压电组件

241a：下电极层

242a：压电层

243a：绝缘层

244a：上电极层

3：驱动电路板

3A：行动装置

4：激光组件

5：微粒传感器

6：外盖

61：侧板

61a：进气框口

61b：出气框口

7a：第一挥发性有机物传感器

7b：第二挥发性有机物传感器

D：光陷阱距离

H：厚度

L、L1：长度

W、W1：宽度

具体实施方式

体现本案特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本案。

请参阅图2A至图2C所示，本案提供一种气体检测模块100，包含一基座1、一压电致动器2、一驱动电路板3、一激光组件4、一微粒传感器5及一外盖6，而基座1、压电致动器2、驱动电路板3、激光组件4、微粒传感器5及外盖6是以微小材料制出的模块结构，且该模块结构具有一长度、一宽度及一厚度，其中，模块结构的长度、宽度及厚度介于1厘米(mm)至999厘米(mm)之间，或者介于1微米(μm)至999微米(μm)之间，或者介于1纳米(nm)至999纳米(nm)之间，但不以此为限。于本实施例中，基座1、压电致动器2、驱动电路板3、激光组件4、微粒传感器5及外盖6所构成的该模块结构具有其长度介于1微米至999微米、宽度介于1微米至999微米以及厚度介于1微米至999微米时所构成的体积，或者模块结构具有其长度介于1纳米至999纳米、宽度介于1纳米至999纳米以及厚度介于1纳米至999纳米时所构成的体积，但不以此为限。其中，驱动电路板3封盖贴合于基座1的第二表面12，激光组件4设置于驱动电路板3上，并与驱动电路板3电性连接，微粒传感器5亦设置于驱动电路板3上，并与驱动电路板3电性连接，而外盖6为罩盖基座1，且贴附封盖于基座1的第一表面11上，又外盖6具有一侧板61，侧板61具有一进气框口61a及出气框口61b。

请审阅图3A及图3B所示，基座1具有一第一表面11、一第二表面12、一激光设置区13、一进气沟槽14、一导气组件承载区15及一出气沟槽16，第一表面11及第二表面12为相对设置的两个表面，激光设置区13自第一表面11朝向第二表面12挖空形成，进气沟槽14自第二表面12凹陷形成，且邻近激光设置区13，进气沟槽14设有一进气口14a，连通于基座1的外部，并与外盖6的进气框口61a对应，以及两侧壁贯穿一透光窗口14b，与激光设置区13连通；因此，基座1的第一表面11被外盖6贴附封盖，第二表面12被驱动电路板3贴附封盖，致使进气沟槽14与驱动电路板3共同定义出一进气路径。

导气组件承载区15由第二表面12凹陷形成，并连通进气沟槽14，且于底面贯通一通气孔15a；出气沟槽16设有一出气口16a，出气口16a与外盖6的出气框口61b对应设置，出气沟槽16包含由第一表面11对应于导气组件承载区15的垂直投影区域凹陷形成的一第一区间16b，以及于非导气组件承载区15的垂直投影区域所延伸的区域，且由第一表面11至第二表面12挖空形成的第二区间16c，其中，第一区间16b与第二区间16c相连以形成段差，且出气沟槽16的第一区间16b与导气组件承载区15的通气孔15a相通，出气沟槽16的第二区间16c与出气口16a连通；因此，当基座1的第一表面11被外盖6贴附封盖，第二表面12被驱动电路板3贴附封盖时，致使出气沟槽16、外盖6与驱动电路板3共同定义出一出气路径。

图4为基座容置激光组件及微粒传感器示意图，激光组件4及微粒传感器5皆设置于驱动电路板3上且于基座1内，为了明确说明激光组件4及微粒传感器5于基座1中的位置，故特意于图3中省略驱动电路板3，用以明确说明；请审阅图4及图2C，激光组件4将容设于基座1的激光设置区13内，微粒传感器5容设于基座1的进气沟槽14内，并与激光组件4对齐，此外，激光组件4对应到透光窗口14b，供激光组件4所发射的激光穿过，使激光照射至进气沟槽14内，而激光组件4所发出射出的光束路径为穿过透光窗口14b且与进气沟槽14形成正交方向。

激光组件4发射投射光束通过透光窗口14b进入进气沟槽14内，照射进气沟槽14内的气体中所含悬浮微粒，光束接触到悬浮微粒时，会散射并产生投射光点，微粒传感器5接收散射所产生的投射光点进行计算，来获取气体中所含悬浮微粒的粒径及浓度的相关信息。其中微粒传感器5为PM2.5传感器。

请参阅图5A及图5B，压电致动器2容设于基座1的导气组件承载区15，导气组件承载区15呈一正方形，其四个角分别设有一定位凸块15b，压电致动器2通过四个定位凸块15b设置于导气组件承载区15内，此外，导气组件承载区15与进气沟槽14相通，当压电致动器2作动时，压电致动器2汲取进气沟槽14内的气体，使气体进入压电致动器2，并将气体通过导气组件承载区15的通气孔15a，导入至出气沟槽16。

请审阅图6A及图6B，压电致动器2包含：一喷气孔片21、一腔体框架22、一致动体23、一绝缘框架24及一导电框架25。

喷气孔片21为具有可挠性的材料制作，具有一悬浮片210、一中空孔洞211。悬浮片210为可弯曲振动的片状结构，其形状与尺寸大致对应导气组件承载区15的内缘，但不以此为限，悬浮片210的形状亦可为方形、圆形、椭圆形、三角形及多角形其中之一。中空孔洞211是贯穿于悬浮片210的中心处，以供气体流通。使压电致动器2得以设置于导气组件承载区15内。

腔体框架22叠设于喷气孔片21，且其外型与喷气孔片21对应，致动体23叠设于腔体框架22上，并与腔体框架22、悬浮片210之间定义一共振腔室26，绝缘框架24叠设于致动体23，其外观与腔体框架22近似，导电框架25叠设于绝缘框架24，其外观与绝缘框架24近似，且导电框架25具有一导电接脚251及一导电电极252，导电接脚251自导电框架25的外缘向外延伸，导电电极252自导电框架25内缘向内延伸。此外，致动体23更包含一压电载板231、一调整共振板232及一压电板233，压电载板231承载叠置于腔体框架22上，调整共振板232承载叠置于压电载板231上，压电板233承载叠置于调整共振板232上，而调整共振板232及压电板233容设于绝缘框架24内，并由导电框架25的导电电极252电连接压电板233，其中，压电载板231、调整共振板232皆为可导电的材料所制成，压电载板231具有一压电接脚2311，压电接脚2311与导电接脚251连接驱动电路板3上的驱动电路(未图示)，以接收驱动信号(驱动频率及驱动电压)，驱动信号得以由压电接脚2311、压电载板231、调整共振板232、压电板233、导电电极252、导电框架25、导电接脚251形成一回路，并由绝缘框架24将导电框架25与致动体23之间阻隔，避免短路发生，使驱动信号得以传递至压电板233，压电板233接受驱动信号(驱动频率及驱动电压)后，因压电效应产生形变，来进一步驱动压电载板231及调整共振板232产生往复式地弯曲振动。

承上所述，调整共振板232位于压电板233与压电载板231之间，作为两者之间的缓冲物，可调整压电载板231的振动频率。基本上，调整共振板232的厚度大于压电载板231的厚度，且调整共振板232的厚度可变动，借此调整致动体23的振动频率。

请同时参阅图6A、图6B、图6C及图7A，压电致动器2为了设置于导气组件承载区15内，整体尺寸设计也会影响到气体检测模块100的整体结构尺寸设计。为符合轻薄微小化的趋势，在一较佳实施例中，本案较大型尺寸的压电致动器2结构采以长度L1及宽度W1尺寸为9㎜～18㎜，最佳为12㎜～13.5㎜，中型尺寸的压电致动器2结构采以长度L1及宽度W1尺寸为5.5㎜～11㎜，最佳为7.5㎜～8.5㎜，小型尺寸的压电致动器2结构采以长度L1及宽度W1尺寸为3.5㎜～7㎜，最佳为4.5㎜～5.5㎜，这大中小型三种实施例尺寸的压电致动器2结构在特定的驱动信号波形及频率下，得以有利于维持一定的输出功率，达到稳定输出功率及使用寿命延长的功效；又，喷气孔片21、腔体框架22、致动体23、绝缘框架24及导电框架25依序对应堆叠并设置定位于导气组件承载区15内，促使压电致动器2承置定位于导气组件承载区15内，并以底部固设于定位凸块15b上支撑定位，因此压电致动器2在悬浮片210及导气组件承载区15的内缘之间定义出空隙212。空隙212环绕于压电致动器2之外围，以供气体流通。

请再参阅图7A，喷气孔片21与导气组件承载区15的底面间形成一气流腔室27。气流腔室27通过喷气孔片21的中空孔洞211，连通致动体23、腔体框架22及悬浮片210之间的共振腔室26。通过控制共振腔室26中气体的振动频率，使其与悬浮片210的振动频率趋近于相同，可使共振腔室26与悬浮片210产生亥姆霍兹共振效应(Helmholtz resonance)，使气体传输效率提高。

图7B及图7C为图7A的压电致动器作动示意图，请先审阅图7B所示，当压电板233向远离导气组件承载区15的底面的方向移动时，带动喷气孔片21的悬浮片210以远离导气组件承载区15的底面方向移动，使气流腔室27的容积急遽扩张，其内部压力下降形成负压，吸引压电致动器2外部的气体由空隙212流入，并经由中空孔洞211进入共振腔室26，使共振腔室26内的气压增加而产生一压力梯度。再如图7C所示，当压电板233带动喷气孔片21的悬浮片210朝向导气组件承载区15的底面移动时，共振腔室26中的气体经中空孔洞211快速流出，挤压气流腔室27内的气体，并使汇聚后的气体以接近伯努利定律的理想气体状态快速且大量地喷出并导入导气组件承载区15的通气孔15a中。是以，通过重复图7B及图7C的动作，得以使压电板233往复式地振动，且依据惯性原理，排气后的共振腔室26内部气压低于平衡气压，会导引气体再次进入共振腔室26中，如此控制共振腔室26中气体的振动频率与压电板233的振动频率趋近于相同，以产生亥姆霍兹共振效应，实现气体高速且大量的传输。

请参阅图8A至图8C，图8A至图8C为气体检测模块的气体路径示意图，首先审阅图8A，气体皆由外盖6的进气框口61a进入，通过进气口14a进入至基座1的进气沟槽14，并流至微粒传感器5的位置，再如图8B所示，压电致动器2持续驱动会吸取进气路径的气体，以利外部气体快速导入且稳定流通，并通过微粒传感器5上方，此时激光组件4发射投射光束通过透光窗口14b进入进气沟槽14内，照射进气沟槽14通过微粒传感器5上方的气体中所含悬浮微粒，光束接触到悬浮微粒时，会散射并产生投射光点，微粒传感器5接收散射所产生的投射光点进行计算，来获取气体中所含悬浮微粒的粒径及浓度的相关信息，而微粒传感器5上方的气体也持续受压电致动器2驱动传输而导入导气组件承载区15的通气孔15a中，进入出气沟槽16的第一区间16b，最后如图8C所示，气体进入出气沟槽16的第一区间16b后，由于压电致动器2会不断输送气体进入第一区间16b，于第一区间16b的气体将会被推引至第二区间16c，最后通过出气口16a及出气框口61b向外排出。

如图9所示，基座1更包含一光陷阱区17，光陷阱区17自第一表面11至第二表面12挖空形成，并对应至激光设置区13，且光陷阱区17经过透光窗口14b而使激光组件4所发射的光束能投射到其中，光陷阱区17设有一斜锥面的光陷阱结构17a，光陷阱结构17a对应到激光组件4所发射的光束的路径；此外，光陷阱结构17a使激光组件4所发射的投射光束在斜锥面结构反射至光陷阱区17内，避免光束反射至微粒传感器5的位置，且光陷阱结构17a所接收的投射光束的位置与透光窗口14b之间保持有一光陷阱距离D，此光陷阱距离D需大于3mm以上，当光陷阱距离D小于3mm时，会导致投射在光陷阱结构17a上的投射光束于反射后因过多杂散光直接反射回微粒传感器5的位置，造成检测精度的失真。

请继续审阅图9及图2C，本案的气体检测模块100，不仅可针对气体中微粒进行检测，更可进一步针对导入气体的特性做检测，因此本案的气体检测模块100更包含第一挥发性有机物传感器7a，定位设置于驱动电路板3上并与其电性连接，容设于出气沟槽16中，对出气路径所导出气体做检测，用以检测出气路径的气体中所含有的挥发性有机物的浓度。或者本案的气体检测模块100更包含一第二挥发性有机物传感器7b，定位设置于驱动电路板3上并与其电性连接，而第二挥发性有机物传感器7b容设于光陷阱区17，对于通过进气沟槽14的进气路径且经过透光窗口14b而导入光陷阱区17内的气体检测其挥发性有机物的浓度。

由上述说明可知，本案的气体检测模块100经过基座1上激光设置区13、进气沟槽14、导气组件承载区15及出气沟槽16适当配置的结构设计，且搭配外盖6及驱动电路板3的封盖密封设计，致使基座1的第一表面11上罩盖外盖6，第二表面12上封盖驱动电路板3，以使进气沟槽14与驱动电路板3共同定义出一进气路径，出气沟槽16、外盖6与驱动电路板3共同定义出一出气路径，形成一单层导气通道路径，让本案的气体检测模块100整体结构的厚度降低，致使气体检测模块100的长度L介于10mm至35mm之间，宽度W介于10mm至35mm之间，厚度H介于1mm至6.5mm之间，有利于组设结合于如图12所示的小型化可携式电子装置2A，或者有利于组设结合于如图13所示的小型化行动装置3A，便于使用者携带以检测周围的微粒浓度。

此外，本案的压电致动器2的另一实施例可为一微机电泵2a，请参阅图10A及图10B，微机电泵2a包含一第一基板21a、一第一氧化层22a、一第二基板23a以及一压电组件24a。

第一基板21a为一硅晶片(Si wafer)，其厚度介于150至400微米(μm)之间，第一基板21a具有多个流入孔211a、一第一表面212a、一第二表面213a，于本实施例中，该多个流入孔211a的数量为4个，但不以此为限，且每个流入孔211a皆由第二表面213a贯穿至第一表面212a，而流入孔211a为了提升流入效果，流入孔211a自第二表面213a至第一表面212a呈现渐缩的锥形。

第一氧化层22a为一二氧化硅(SiO₂)薄膜，其厚度介于10至20微米(μm)之间，第一氧化层22a叠设于第一基板21a的第一表面212a上，第一氧化层22a具有多个汇流通道221a以及一汇流腔室222a，汇流通道221a与第一基板21a的流入孔211a其数量及位置相互对应。于本实施例中，汇流通道221a的数量同样为4个，4个汇流通道221a的一端分别连通至第一基板21a的4个流入孔211a，而4个汇流通道221a的另一端则连通于汇流腔室222a，让气体分别由流入孔211a进入之后，通过其对应相连的汇流通道221a后汇聚至汇流腔室222a内。

第二基板23a为一绝缘层上覆硅的硅晶片(SOI wafer)，包含：一硅晶片层231a、一第二氧化层232a以及一硅材层233a；硅晶片层231a的厚度介于10至20微米(μm)之间，具有一致动部2311a、一外周部2312a、多个连接部2313a以及多个流体通道2314a，致动部2311a呈圆形；外周部2312a呈中空环状，环绕于致动部2311a的外围；该多个连接部2313a分别位于致动部2311a与外周部2312a之间，并且连接两者，提供弹性支撑的功能。该多个流体通道2314a环绕形成于致动部2311a的外围，且分别位于该多个连接部2313a之间。

第二氧化层232a为一氧化硅层其厚度介于0.5至2微米(μm)之间，形成于硅晶片层231a上，呈中空环状，并与硅晶片层231a定义一振动腔室2321a。硅材层233a呈圆形，叠设于第二氧化层232a且结合至第一氧化层22a，硅材层233a为二氧化硅(SiO₂)薄膜，厚度介于2至5微米(μm)之间，具有一穿孔2331a、一振动部2332a、一固定部2333a、一第三表面2334a及一第四表面2335a。穿孔2331a形成于硅材层233a的中心，振动部2332a位于穿孔2331a的周边区域，且垂直对应于振动腔室2321a，固定部2333a则为硅材层233a的周缘区域，由固定部2333a固定于第二氧化层232a，第三表面2334a与第二氧化层232a接合，第四表面2335a与第一氧化层22a接合；压电组件24a叠设于硅晶片层231a的致动部2311a。

压电组件24a包含一下电极层241a、压电层242a、绝缘层243a及上电极层244a，下电极层241a叠置于硅晶片层231a的致动部2311a，而压电层242a叠置于下电极层241a，两者通过其接触的区域做电性连接，此外，压电层242a的宽度小于下电极层241a的宽度，使得压电层242a无法完全遮蔽住下电极层241a，再于压电层242a的部分区域以及下电极层241a未被压电层242a所遮蔽的区域上叠置绝缘层243a，最后再于绝缘层243a以及压电层242a未被绝缘层243a遮蔽的其余表面上叠置上电极层244a，让上电极层244a得以与压电层242a接触来电性连接，同时利用绝缘层243a阻隔于上电极层244a及下电极层241a之间，避免两者直接接触造成短路。

请参考第11A至图11C，第11A至11C图为微机电泵2a其作动示意图。请先参考图11A，压电组件24a的下电极层241a及上电极层244a接收驱动电路板3所传递的驱动电压及驱动信号(未图示)后将其传导至压电层242a，压电层242a接受驱动电压及驱动信号后，因逆压电效应的影响开始产生形变，会带动硅晶片层231a的致动部2311a开始位移，当压电组件24a带动致动部2311a向上位移并拉开与第二氧化层232a之间的距离时，此时，第二氧化层232a的振动腔室2321a的容积将提升，让振动腔室2321a内形成负压，并将第一氧化层22a的汇流腔室222a内的气体通过穿孔2331a吸入其中。请继续参阅图11B，当致动部2311a受到压电组件24a的牵引向上位移时，硅材层233a的振动部2332a会因共振原理的影响向上位移，当振动部2332a向上位移时，会压缩振动腔室2321a的空间并且推动振动腔室2321a内的气体往硅晶片层231a的流体通道2314a移动，让气体能够通过流体通道2314a向上排出，在振动部2332a向上位移来压缩振动腔室2321a的同时，汇流腔室222a的容积因振动部2332a位移而提升，其内部形成负压，将吸取微机电泵2a外的气体由流入孔211a进入其中，最后如图11C所示，压电组件24a带动硅晶片层231a的致动部2311a向下位移时，将振动腔室2321a的气体往流体通道2314a推动，并将气体排出，而硅材层233a的振动部2332a亦受致动部2311a的带动向下位移，同步压缩汇流腔室222a的气体通过穿孔2331a向振动腔室2321a移动，后续再将压电组件24a带动致动部2311a向上位移时，其振动腔室2321a的容积会大幅提升，进而有较高的汲取力将气体吸入振动腔室2321a，再重复以上的动作，以至于通过压电组件24a持续带动致动部2311a上下位移来使振动部2332a连动并上下位移，通过改变微机电泵2a的内部压力，使其不断地汲取及排出气体，借此以完成微机电泵2a的动作。

当然，本案的气体检测模块100为了嵌设于行动装置3A的应用，本案的压电致动器2可以微机电泵2a的结构取代，使本案气体检测模块100的整体尺寸更进一步缩小，致使气体检测模块100的长度L、宽度W缩减至2mm至4mm之间、厚度H介于1mm至3.5mm之间，实施于现况薄型5mm厚度智慧型手机等行动装置3A中，将气体检测模块100直接嵌设于智慧型手机上，供使用者能够即时对周遭的空气品质进行检测。

综上所述，本案所提供的气体检测模块，激光组件直接设置于驱动电路板，并由驱动电路板贴附基座的第二表面，且使基座的第一表面被外盖贴附，进而使进气沟槽与驱动电路板共同定义出一进气路径，以及使出气沟槽、外盖与驱动电路板共同定义一出气路径，可以大幅减少气体检测模块的厚度，此外，将压电致动器与激光组件区隔设置，再辅以气体通道的设计，可以避免压电致动器于作动时干扰到激光组件及微粒传感器运作，又可以缩小气体检测模块的体积，其长度可缩小至10mm至35mm之间，宽度可缩减至10mm至35mm之间，厚度可降低至1mm至6.5mm之间，或是以微机电泵取代压电致动器，进一步将长度L、宽度W缩减至2mm至4mm之间、厚度H介于1mm至3.5mm之间，使本案的气体检测模块可以便于携带，并且再利用光陷阱区的光陷阱结构，得以减少激光组件通过微粒传感器的光束接触基座本身后所产生的散射光线再度进入微粒传感器内的几率，能够提升微粒传感器的检测效率，极具产业利用性及进步性。

Claims (20)

1.一种气体检测模块，包含：

一基座，具有：

一第一表面；

一第二表面，相对于该第一表面；

一激光设置区，自该第一表面朝向该第二表面挖空形成；

一进气沟槽，自该第二表面凹陷形成，且邻近于该激光设置区，该进气沟槽设有一进气口，连通该基座外部，以及两侧壁贯穿一透光窗口，与该激光设置区连通；

一导气组件承载区，自该第二表面凹陷形成，并连通该进气沟槽，且于底面贯通一通气孔，以及该导气组件承载区的四个角分别具有一定位凸块；以及

一出气沟槽，自该第一表面对应到该导气组件承载区底面处凹陷，并于该第一表面未对应到该导气组件承载区的区域自该第一表面朝向该第二表面挖空而形成，与该通气孔连通，并设有一出气口，连通该基座外部；

一压电致动器，容设于该导气组件承载区；

一驱动电路板，封盖贴合该基座的该第二表面上；

一激光组件，定位设置于该驱动电路板上与其电性连接，并对应容设于该激光设置区中，且所发射出的一光束路径穿过该透光窗口并与该进气沟槽形成正交方向；

一微粒传感器，定位设置于该驱动电路板上与其电性连接，并对应容设于该进气沟槽与该激光组件所投射的该光束路径的正交方向位置处，以对通过该进气沟槽且受该激光组件所投射光束照射的微粒做检测；以及

一外盖，罩盖于该基座的该第一表面上，且具有一侧板，该侧板对应到该基座的该进气口及该出气口的位置分别设有一进气框口及一出气框口；

其中，该基座、该压电致动器、该驱动电路板、该激光组件、该微粒传感器及该外盖是以微小材料制出的一模块结构，且该模块结构具有一长度、一宽度及一厚度，其中，该基座的该第一表面上罩盖该外盖，该第二表面上封盖该驱动电路板，以使该进气沟槽与该驱动电路板共同定义出一进气路径，该出气沟槽、该外盖及该驱动电路板共同定义出一出气路径，借以使该压电致动器加速导引外部气体由该进气框口进入该进气路径，并通过该微粒传感器上，以检测出气体中的微粒浓度，且气体通过该压电致动器导送，更由该通气孔排入该出气路径，最后由该出气框口排出。

2.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该模块结构具有该长度介于1微米至999微米、该宽度介于1微米至999微米以及该厚度介于1微米至999微米时所构成的体积。

3.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该模块结构具有该长度介于1纳米至999纳米、该宽度介于1纳米至999纳米以及该厚度介于1纳米至999纳米时所构成的体积。

4.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该基座更包含一光陷阱区，自该第一表面朝该第二表面挖空形成且对应于该激光设置区，该光陷阱区设有具斜锥面的一光陷阱结构，设置对应到该光束路径。

5.如权利要求4所述的气体检测模块，其特征在于，该光陷阱结构所接收的投射光源的位置与该透光窗口保持有一光陷阱距离。

6.如权利要求5所述的气体检测模块，其特征在于，该光陷阱距离大于3mm。

7.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该微粒传感器为PM2.5传感器。

8.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器包含：

一喷气孔片，包含一悬浮片及一中空孔洞，该悬浮片可弯曲振动，而该中空孔洞形成于该悬浮片的中心位置；

一腔体框架，承载叠置于该悬浮片上；

一致动体，承载叠置于该腔体框架上，以接受电压而产生往复式地弯曲振动；

一绝缘框架，承载叠置于该致动体上；以及

一导电框架，承载叠置于该绝缘框架上；

其中，该喷气孔片固设于该导气组件承载区内的该定位凸块支撑定位，促使该喷气孔片与该导气组件承载区的内缘间定义出空隙环绕，供气体流通，且该喷气孔片与该导气组件承载区底部间形成一气流腔室，而该致动体、该腔体框架及该悬浮片之间形成一共振腔室，通过驱动该致动体以带动该喷气孔片产生共振，使该喷气孔片的该悬浮片产生往复式地振动位移，以吸引气体通过该空隙进入该气流腔室再排出，实现气体的传输流动。

9.如权利要求8所述的气体检测模块，其特征在于，该致动体包含：

一压电载板，承载叠置于该腔体框架上；

一调整共振板，承载叠置于该压电载板上；以及

一压电板，承载叠置于该调整共振板上，以接受电压而驱动该压电载板及该调整共振板产生往复式地弯曲振动。

10.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器的长度及宽度介于9㎜～18㎜之间。

11.如权利要求10所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器的长度及宽度介于12㎜～13.5㎜之间。

12.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器的长度及宽度介于5.5㎜～11㎜之间。

13.如权利要求12所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器的长度及宽度介于7.5㎜～8.5㎜之间。

14.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器的长度及宽度介于3.5㎜～7㎜之间。

15.如权利要求14所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器的长度及宽度介于4.5㎜～5.5㎜之间。

16.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，进一步包含一第一挥发性有机物传感器，定位设置于该驱动电路板上电性连接，容设于该出气沟槽中，对该出气路径所导出气体做检测。

17.如权利要求4所述的气体检测模块，其特征在于，进一步包含一第二挥发性有机物传感器，定位设置于该驱动电路板上电性连接，容设于该光陷阱区，对通过该进气沟槽的该进气路径且经过该透光窗口而导入于该光陷阱区的气体做检测。

18.如权利要求1、16或17所述的气体检测模块，其特征在于，该气体检测模块长度介于10mm至35mm之间，宽度介于10mm至35mm之间，厚度介于1mm至6.5mm之间。

19.如权利要求1所述的气体检测模块，其特征在于，该压电致动器为一微机电泵，包含：

一第一基板，具有多个流入孔，该多个流入孔呈锥形；

一第一氧化层，叠设该第一基板，该第一氧化层具有多个汇流通道以及一汇流腔室，该多个汇流通道连通于该汇流腔室及该多个流入孔之间；

一第二基板，结合至该第一基板，包含：

一硅晶片层，具有：

一致动部，呈圆形；

一外周部，呈中空环状，环绕于该致动部的外围；

多个连接部，分别连接于该致动部与该外周部之间；以及

多个流体通道，环绕于该致动部的外围，且分别位于该多个连接部之间；

一第二氧化层，形成于该硅晶片层上，呈中空环状，并与该硅晶片层定义一振动腔室；以及

一硅材层，呈圆形，位于该第二氧化层且结合至该第一氧化层，具有：

一穿孔，形成于该硅材层的中心；

一振动部，位于该穿孔的周边区域；以及

一固定部，位于该硅材层的周缘区域；以及

一压电组件，呈圆形，叠设于该硅晶片层的该致动部。

20.如权利要求19所述的气体检测模块，其特征在于，该压电组件包含：

一下电极层；

一压电层，叠置于该下电极层；

一绝缘层，铺设于该压电层的部分表面及该下电极层的部分表面；以及

一上电极层，叠置于该绝缘层及该压电层未设有该绝缘层的其余表面，用以与该压电层电性连接。

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