CN219200691U - 一种气体与压阻式压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感器技术领域，公开一种气体与压阻式压力传感器，包括：基底，其上设有气体腔室和压力腔室；压敏电阻，形成在基底正对压力腔室的一侧；绝缘层，覆盖在压敏电阻上；若干个气敏检测单元，相邻两个气敏检测单元之间设有隔离槽，每个气敏检测单元均包括对应设置的加热件、敏感电极及气敏层，加热件位于绝缘层内，敏感电极设置在绝缘层背离基底的一侧，气敏层覆盖在敏感电极上。本实用新型公开的气体与压阻式压力传感器，具有体积小、易于安放、能够同时检测若干种气体的浓度及当前环境的气压的优点，适用于检测电池发生热失控前的气体浓度和气压，能够降低由于电池热失控现象产生的重大安全消防事故和人员财产损失。

Description

一种气体与压阻式压力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种气体与压阻式压力传感器。

背景技术

现有的传感器大多只能用于检测一种气体的浓度，若是需要检测多种气体的浓度，需要采用多个传感器进行同时检测，若还需要检测当前环境下的气压，还需要单独使用气压传感器进行检测，占用空间较大，现有技术受加工工艺的限制，无法将气压传感器和气体传感器集成在一起。

实用新型内容

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种气体与压阻式压力传感器，克服了现有技术存在的问题，将气体传感器和气压传感器集成在一起，体积小，易安放。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种气体与压阻式压力传感器，包括：基底，其上设有气体腔室和压力腔室；压敏电阻，形成在基底正对所述压力腔室的一侧；绝缘层，形成在所述基底的一侧且覆盖在所述压敏电阻上；若干个气敏检测单元，用于检测敏感气体且相邻两个所述气敏检测单元之间设有隔离槽，每个所述气敏检测单元均包括对应设置的加热件、敏感电极及气敏层，所述加热件位于所述绝缘层内，所述敏感电极设置在所述绝缘层背离所述基底的一侧，所述气敏层覆盖在所述敏感电极上，所述敏感电极用于检测所述气敏层的电阻率。

作为一种气体与压阻式压力传感器的优选方案，所述基底包括依次叠设的第一硅衬底和第二硅衬底，所述第一硅衬底与所述第二硅衬底连接的一侧设有所述气体腔室和所述压力腔室，所述第二硅衬底上形成有所述压敏电阻，所述第二硅衬底背离所述第一硅衬底的一侧设有所述绝缘层。

作为一种气体与压阻式压力传感器的优选方案，所述绝缘层包括沿远离所述基底的方向依次叠设的第一子绝缘层、第二子绝缘层、第三子绝缘层、第四子绝缘层及第五子绝缘层，所述加热件设置在所述第三子绝缘层内，所述敏感电极形成在所述第五子绝缘层背离所述第四子绝缘层的一侧。

作为一种气体与压阻式压力传感器的优选方案，所述第二子绝缘层和所述第四子绝缘层均为氮化硅层，所述第一子绝缘层、所述第三子绝缘层和所述第五子绝缘层均为氧化硅层。

作为一种气体与压阻式压力传感器的优选方案，所述加热件呈蛇形且为钛电极或者钨电极，所述敏感电极为钛插指电极或者铂插指电极。

作为一种气体与压阻式压力传感器的优选方案，所述气体与压阻式压力传感器还包括用于检测温度的温度检测电极，所述温度检测电极设置在所述绝缘层的边缘。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型公开的气体与压阻式压力传感器，具有体积小、易于安放、能够同时检测若干种气体的浓度及当前环境的气压的优点，适用于检测电池发生热失控前的气体浓度和气压，对预测电池热失控具有决定性作用，能够降低由于电池热失控现象产生的重大安全消防事故和人员财产损失。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施例提供的气体与压阻式压力传感器的俯视图；

图2是本实用新型具体实施例提供的气体与压阻式压力传感器的剖面图；

图3是本实用新型具体实施例提供的气体与压阻式压力传感器的的敏感电极的示意图；

图4是本实用新型具体实施例提供的气体与压阻式压力传感器的加热件的示意图。

图中：

1、基底；11、第一硅衬底；12、第二硅衬底；101、气体腔室；102、压力腔室；

21、压敏电阻；22、引线层；23、第一金属PAD；

3、绝缘层；30、隔离槽；31、第一子绝缘层；32、第二子绝缘层；33、第三子绝缘层；34、第四子绝缘层；35、第五子绝缘层；

4、气敏检测单元；41、加热件；42、敏感电极；43、气敏层；

5、温度检测电极。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供一种气体与压阻式压力传感器，如图1和图2所示，该传感器包括基底1、压敏电阻21、绝缘层3及四个气敏检测单元4，基底1上设有气体腔室101和压力腔室102，压敏电阻21形成在基底1正对压力腔室102的一侧，绝缘层3形成在基底1的一侧且覆盖在压敏电阻21上，四个气敏检测单元4用于检测敏感气体且相邻两个气敏检测单元4之间设有隔离槽30，每个气敏检测单元4均包括对应设置的加热件41、敏感电极42及气敏层43，加热件41位于绝缘层3内，敏感电极42设置在绝缘层3背离基底1的一侧，气敏层43覆盖在敏感电极42上，敏感电极42用于检测气敏层43的电阻率。

需要说明的是，在本实用新型的其他实施例中，气敏检测单元4的个数并不限于本实施例的四个，还可以多于四个或者少于四个，具体根据实际需要选定设置。

本实施例的四个气敏层43包括至少两种气敏材料，气敏层43的气敏材料内掺杂有贵金属，且气敏层43为二氧化锡层、三氧化钨层或氧化锌层，气敏层43中的贵金属可为具有催化作用的铂、金、钯、铑或铱等，贵金属能够降低二氧化锡、三氧化钨或氧化锌的半导体势垒，促进气体与压阻式压力传感器的选择性。其中，二氧化锡层、三氧化钨层及氧化锌层均对氢气、一氧化碳和氨气较为敏感，只有氧化锌层对二氧化氮较为敏感，可以检测出二氧化氮的浓度。需要说明的是，本实用新型中的气敏层43的气敏材料除了二氧化锡、三氧化钨及氧化锌，还可以为其他材料，具体根据实际需要检测的目标气体进行确定，本实施例不做具体限定。

本实施例提供的气体与压阻式压力传感器，具有体积小、易于安放、能够同时检测若干种气体的浓度及当前环境的气压的优点，适用于检测电池发生热失控前的气体浓度和气压，对预测电池热失控具有决定性作用，能够降低由于电池热失控现象产生的重大安全消防事故和人员财产损失。

具体地，电池热失控时会产生氢气、一氧化碳、VOC等气体，电池内部的压力也会随之上升，通过检测各种气体的浓度和气压的变化，从而综合判断电池是否将要发生热失控。

如图2所示，本实施例的基底1包括依次叠设的第一硅衬底11和第二硅衬底12，第一硅衬底11与第二硅衬底12连接的一侧设有气体腔室101和压力腔室102，第二硅衬底12上形成有压敏电阻21，第二硅衬底12背离第一硅衬底11的一侧设有绝缘层3。在其他实施例中，基底1还可以为带有气体腔室101和压力腔室102的SOI片，具体根据实际需要选择基底1。

如图2所示，本实施例的绝缘层3包括沿远离基底1的方向依次叠设的第一子绝缘层31、第二子绝缘层32、第三子绝缘层33、第四子绝缘层34及第五子绝缘层35，加热件41设置在第三子绝缘层33内，敏感电极42形成在第五子绝缘层35背离第四子绝缘层34的一侧。具体地，本实施例的第二子绝缘层32和第四子绝缘层34均为氮化硅层，第一子绝缘层31、第三子绝缘层33和第五子绝缘层35均为氧化硅层。需要说明的是，在其他实施例中，第一子绝缘层31、第二子绝缘层32、第三子绝缘层33、第四子绝缘层34及第五子绝缘层35还可以为其他绝缘材料制成的钝化层，每个子绝缘层可以为一层，也可以为两层或者多层，具体根据实际需要设置。

其中，气体腔室101正对的绝缘层3为五层结构，压力腔室102正对的绝缘层3包括第一子绝缘层31和第二子绝缘层32，且压力腔室102正对的第二子绝缘层32的厚度小于气体腔室101正对的第二子绝缘层32的厚度，压力腔室102正对的绝缘层3的总厚度控制在300nm以内，以保证最终形成的气体与压阻式压力传感器检测气压时具有较高的灵敏度。

本实施例的气体与压阻式压力传感器还包括引线层22和第一金属PAD23，引线层22形成在基底1上且正对压力腔室102，引线层22与压敏电阻21电连接，第一金属PAD23的一端与引线层22电连接，另一端伸出第二子绝缘层32。

如图3所示，敏感电极42的电极宽度和电极间隙本实施例不做限定，该敏感电极42为钛插指电极或者铂插指电极，四个敏感电极42沿基底1的长度方向排布，每个敏感电极42的长度方向均与基底1的长度方向呈第一预设夹角，如图1所示，本实施例的第一预设夹角为60°，这种结构与第一预设夹角为90°的结构相比，在基底1宽度相同的情况下，本实施例的这种结构使得气体与压阻式压力传感器的敏感电极42的总长度更长，更好地检测气敏层43的电阻率变化，达到更高的检测精度。在其他实施例中，上述第一预设夹角并不限于本实施例的60°，还可以为30°至90°之间的任一角度或者其他角度值，具体根据实际需要进行设置。

如图4所示，本实施例的加热件41呈蛇形且为钛电极或者钨电极，四个加热电极沿基底1的长度方向排布，每个加热电极的长度方向均与基底1的长度方向呈第二预设夹角，如图1所示，本实施例的第二预设夹角为60°，这种结构与第二预设夹角为90°的结构相比，在基底1宽度相同的情况下，本实施例的这种结构使得气体与压阻式压力传感器的加热电极的总长度更长，更好地加热气敏层43，达到更高的检测精度。在其他实施例中，上述第二预设夹角并不限于本实施例的60°，还可以为30°至90°之间的任一角度或者其他角度值，具体根据实际需要进行设置。

如图1和图2所示，本实施例的气体与压阻式压力传感器还包括两个用于检测温度的温度检测电极5，两个温度检测电极5均设置在绝缘层3的边缘，即两个温度检测电极5位于气体与压阻式压力传感器长度方向的两端，每个温度检测电极5均沿气体与压阻式压力传感器的宽度方向延伸。本实施例的温度检测电极5与敏感电极42的材料相同，这种设置能够同时加工敏感电极42和温度检测电极5，简化了加工步骤。在本实用新型的其他实施例中，温度检测电极5和敏感电极42的材料还可以不同，具体根据实际需要进行选定，此时需要分别加工温度检测电极5和敏感电极42。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种气体与压阻式压力传感器，其特征在于，包括：

基底，其上设有气体腔室和压力腔室；

压敏电阻，形成在基底正对所述压力腔室的一侧；

绝缘层，形成在所述基底的一侧且覆盖在所述压敏电阻上；

若干个气敏检测单元，用于检测敏感气体且相邻两个所述气敏检测单元之间设有隔离槽，每个所述气敏检测单元均包括对应设置的加热件、敏感电极及气敏层，所述加热件位于所述绝缘层内，所述敏感电极设置在所述绝缘层背离所述基底的一侧，所述气敏层覆盖在所述敏感电极上，所述敏感电极用于检测所述气敏层的电阻率。

2.根据权利要求1所述的气体与压阻式压力传感器，其特征在于，所述基底包括依次叠设的第一硅衬底和第二硅衬底，所述第一硅衬底与所述第二硅衬底连接的一侧设有所述气体腔室和所述压力腔室，所述第二硅衬底上形成有所述压敏电阻，所述第二硅衬底背离所述第一硅衬底的一侧设有所述绝缘层。

3.根据权利要求1所述的气体与压阻式压力传感器，其特征在于，所述绝缘层包括沿远离所述基底的方向依次叠设的第一子绝缘层、第二子绝缘层、第三子绝缘层、第四子绝缘层及第五子绝缘层，所述加热件设置在所述第三子绝缘层内，所述敏感电极形成在所述第五子绝缘层背离所述第四子绝缘层的一侧。

4.根据权利要求3所述的气体与压阻式压力传感器，其特征在于，所述第二子绝缘层和所述第四子绝缘层均为氮化硅层，所述第一子绝缘层、所述第三子绝缘层和所述第五子绝缘层均为氧化硅层。

5.根据权利要求1所述的气体与压阻式压力传感器，其特征在于，所述加热件呈蛇形且为钛电极或者钨电极，所述敏感电极为钛插指电极或者铂插指电极。

6.根据权利要求1所述的气体与压阻式压力传感器，其特征在于，所述气体与压阻式压力传感器还包括用于检测温度的温度检测电极，所述温度检测电极设置在所述绝缘层的边缘。

Images