CN205120646U - 一种气体传感器芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种气体传感器芯片，其中包括基座、气敏单元、悬臂梁以及引线组件。所述气敏单元设置在所述基座的镂空处，所述悬臂梁以倾斜于镂空边缘的形式和/或以自身具有曲折结构的形式从所述基座向镂空处延伸，并与所述气敏单元连接，使所述气敏单元悬于所述基座的镂空处。所述引线组件与所述气敏单元连接。本实用新型的技术效果在于悬臂梁的长度较长，能够吸收机械应力，防止气敏单元受到应力影响而破损。
Description
技术领域
本实用新型属于微机电技术领域，具体地，涉及一种微机电气体传感器芯片。
背景技术
微机电(MEMS)气体传感器是基于微机电技术和半导体气体敏感原理制作的传感器件。用于检测各种气体，如氢气，氮气，甲烷，一氧化碳，酒精，VOC(挥发性有机物质)等等。微机电气体传感器具有体积小、功耗低的特点，适合大批量生产，能够广泛应用于工业、家居、环境检测和消费电子领域。
目前基于MEMS技术的气体传感器芯片一般具有加热薄膜和设置在其上的气敏元件。加热薄膜加热到不同温度时，气体传感器能检测的气体类别不同。加热薄膜和气敏元件通常通过支撑梁固定在支撑基座上，支撑梁上分布有金属导线层，金属导线层用于提供加热薄膜的加热电流，以及将气敏元件与外界电连接。
但是，加热薄膜相对脆弱，容易受到外力影响而破损。然而，气体传感器在后续封装过程中通常会受由于热失配产生的机械应力等封装应力的影响，一旦支撑基座发生变形，极易造成薄膜破裂、性能损失等问题。因此，需要对气体传感器的后续封装等工艺过程提出较高的要求，大大增加了工艺难度和生产成本。
综上所述，有必要对气体传感器的结构进行改进，使加热薄膜不会受到封装应力的影响。即使支撑基座和支撑梁发生形变，加热薄膜也能够保持原有的形状，不产生破损。
实用新型内容
本实用新型解决的一个技术问题是：气敏单元受机械应力影响产生变形、破损的问题。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种气体传感器芯片，其中包括：
基座，所述基座具有镂空；
气敏单元，所述气敏单元设置在所述基座的镂空处；
悬臂梁，所述悬臂梁以倾斜于镂空边缘的形式和/或以自身具有曲折结构的形式从所述基座向镂空处延伸，并与所述气敏单元连接，使所述气敏单元悬于所述基座的镂空处；
引线组件，所述引线组件与所述气敏单元连接。
可选地，所述曲折结构为L型结构，或者所述曲折结构为弧形结构，或者所述曲折结构为之字形结构。
优选地，所述气体传感器芯片可以包括四支悬臂梁。当所述曲折结构为L型结构时，四支所述悬臂梁可以组成“卍”形结构，所述气敏单元位于“卍”形结构的中心。当所述曲折结构为弧形结构时，四支所述悬臂可以组成螺旋形结构，所述气敏单元位于螺旋形结构的中心。
另外，所述气敏单元可以包括加热薄膜和气敏元件，所述悬臂梁与所述加热薄膜连接，所述气敏元件设置在所述加热薄膜上。
所述引线组件可以包括四支金属引线，两支金属引线与所述加热薄膜连接，另外两支金属引线与所述气敏元件连接。
优选地，所述金属引线沿所述悬臂梁分布。
本实用新型的一个技术效果在于，悬臂梁可以吸收机械应力，从而保护气敏单元不受机械应力的影响。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
图1是本实用新型一种具体实施例中气体传感器芯片的俯视图；
图2是本实用新型一种具体实施例中气体传感器芯片的示意图；
图3是本实用新型一种具体实施例中气体传感器芯片的示意图；
图4是本实用新型一种具体实施例中气体传感器芯片的示意图；
图5是图1的侧面截面图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本实用新型提供了一种气体传感器芯片，其中包括基座、气敏单元、悬臂梁以及引线组件。所述基座上具有镂空，所述气敏单元设置在所述基座的镂空处。通常，所述气体传感器芯片可以包括2-4支悬臂梁，悬臂梁为所述气敏单元提供支撑，本领域技术人员在满足支撑梁对气敏单元的稳定支撑的条件下，可以对悬臂梁的数量进行设计。所述悬臂梁从所述基座上向镂空处延伸，悬臂梁的端部与所述气敏单元相连，使气敏单元悬于所述基座的镂空处。特别的，不同于传统气体传感器芯片中的支撑梁，本实用新型所述悬臂梁可以具有曲折结构，或者可以以倾斜于镂空边缘的形式向镂空处延伸。例如，所述悬臂梁可以垂直于镂空边缘向镂空处延伸，悬臂梁自身具有弯折或弯曲；或者，所述悬臂梁可以与镂空边缘呈30度夹角向镂空处延伸。更进一步的，所述悬臂梁也可以既具有曲折结构又以倾斜于镂空边缘的形式从基座向镂空处延伸，即悬臂梁不是以垂直于镂空边缘的方向沿直线向镂空中心延伸的。这样，悬臂梁的长度被大大增加，当对所述气体传感器芯片进行封装时，基座会受到热失配等机械应力的影响产生形变，应力会传到悬臂梁上，使悬臂梁也产生变形。但由于悬臂梁的长度较长，能够通过变形吸收机械应力，从而保证气敏单元不会产生变形，气敏单元的性能不会受到封装应力的影响。
具体的，如图1所示，所述基座1的中心可以具有正方形镂空，所述气敏单元设置在镂空处。在该实施例中，所述曲折结构为L型结构，即悬臂梁3整体呈L型。所述悬臂梁3以垂直于镂空边缘的形式向镂空处延伸，并在一定位置具有直角弯折，悬臂梁3的端部连接到气敏单元的侧面，气敏单元与该悬臂梁3连接的一侧不与该悬臂梁3伸出的镂空边缘相对。如图1所示，在该实施例中气体传感器芯片包括四支悬臂梁3，四支悬臂梁3分别从正方形镂空的四边伸出，与气敏单元组成“卍”形结构，气敏单元位于“卍”形结构的中心处。这种悬臂梁组合结构能够为气敏单元提供稳定的支撑作用，并且有效吸收来自各个方向的应力。本实用新型并不对悬臂梁3的弯折方向进行限制，即组成的“卍”形结构可以是正向的也可以是反向的。另外，本实用新型也不对镂空的形状、位置；气敏单元的形状；悬臂梁的数量等进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况对这些特征进行设计。例如，在其他实施例中可以是为：所述镂空不位于基座的中心，镂空和气敏单元呈三角形结构，则气体传感器芯片中可以包括三支悬臂梁，悬臂梁的曲折结构可以为L形。
可选地，所述悬臂梁3的曲折结构还可以为弧形结构或之字形结构。如图2所示，所述悬臂梁3可以以倾斜于镂空边缘的形式向镂空处延伸，并且自身呈弧形，弧形悬臂梁的成型难度相对较低。在这种实施例中，气体传感器芯片可以包括四支悬臂梁3，悬臂梁3组成螺旋形结构，所述气敏单元位于螺旋形结构的中心。与图1的实施例类似的，当镂空、气敏单元的形状改变时，悬臂梁的数量也可以适当增减；螺旋形结构的正反也不受限制。如图3所示，所述悬臂梁3还可以以垂直于镂空边缘的形式向镂空处延伸，自身具有两处弯折，形成之字形结构，之字形结构悬臂梁吸收应力的能力更强。以上两种实施例的悬臂梁的长度也能够得到较大的提升，从而达到吸收应力、缓冲变形的作用，保护气敏单元不被损坏。本领域技术人员可以根据压敏元件的形状结构、重量等因素设计不同形式的悬臂梁。另外，所述悬臂梁3也可以沿直线延伸，自身不具有曲折结构，但需与镂空边缘呈一定角度，如图4所示，同样可以达到延长悬臂梁长度的作用，这种悬臂梁的成型工艺最简便。
本实用新型并不对悬臂梁的数量进行限制，但是优选地，如图1-4所示，气体传感器芯片可以包括四支悬臂梁。四支悬臂梁能够更好地为气敏单元提供支撑，并且能够更好的起到吸收应力、缓冲变形的作用。
另外，如图1、5所示，所述气敏单元可以包括加热薄膜22和气敏元件21，所述悬臂梁3与所述加热薄膜22连接，对加热薄膜22提供支撑，所述气敏元件21设置在所述加热薄膜22上，以便于加热薄膜22的温度传到气敏元件21上。本实用新型并不对所述气敏元件的类型进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况，采用气敏电阻、气敏电容等器件作为气敏元件。
可选地，如图1所示，所述引线组件可以包括四支金属引线41，其中两支金属引线41与所述加热薄膜22连接，用于为加热薄膜22提供加热电流。另外两支与所述气敏元件21连接，用于将气敏器件的传感信号导出。优选地，如图1所示，所述金属引线41可以沿所述悬臂梁3分布。当所述气体传感器芯片包括四支悬臂梁时，四支金属引线41可以各占用一支悬臂梁。当所述气体传感器芯片包括其他数量的悬臂梁时，所述金属引线可以合用一支悬臂梁或分布在不同的悬臂梁上。本实用新型并不对所述引线组件的电路布置进行具体限制，本领域技术人员可以根据实际情况选择其它的电路布局方式。
另外，如图1所示，所述基座1上可以设置有焊盘42，所述金属引线可以与所述焊盘42连接。外部电路可以直接与所述焊盘42接触，以便于将电流导入气敏单元或将气敏单元中的信号导出。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种气体传感器芯片，其特征在于，包括：
基座(1)，所述基座(1)具有镂空；
气敏单元，所述气敏单元设置在所述基座(1)的镂空处；
悬臂梁(3)，所述悬臂梁(3)以倾斜于镂空边缘的形式和/或以自身具有曲折结构的形式从所述基座(1)向镂空处延伸，并与所述气敏单元连接，使所述气敏单元悬于所述基座(1)的镂空处；
引线组件，所述引线组件与所述气敏单元连接。
2.根据权利要求1所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述曲折结构为L型结构。
3.根据权利要求1所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述曲折结构为弧形结构。
4.根据权利要求1所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述曲折结构为之字形结构。
5.根据权利要求1所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述气体传感器芯片包括四支悬臂梁(3)。
6.根据权利要求2所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述气体传感器芯片包括四支悬臂梁(3)，四支所述悬臂梁(3)组成“卍”形结构，所述气敏单元位于“卍”形结构的中心。
7.根据权利要求3所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述气体传感器芯片包括四支悬臂梁(3)，四支所述悬臂组成螺旋形结构，所述气敏单元位于螺旋形结构的中心。
8.根据权利要求1-7任意之一所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述气敏单元包括加热薄膜(22)和气敏元件(21)，所述悬臂梁(3)与所述加热薄膜(22)连接，所述气敏元件(21)设置在所述加热薄膜(22)上。
9.根据权利要求8所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述引线组件包括四支金属引线(41)，两支金属引线(41)与所述加热薄膜(22)连接，另外两支金属引线(41)与所述气敏元件(21)连接。
10.根据权利要求9所述的气体传感器芯片，其特征在于，所述金属引线(41)沿所述悬臂梁(3)分布。
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