ES2232298B1 - Microchip multisensor de medida de flujo, temperatura y concentracion de gases para el control de la combustion, procedimiento de fabricacion y sus aplicaciones. - Google Patents

Abstract

Microchip multisensor de medida de flujo, temperatura y concentración de gases para el control de la combustión, procedimiento de fabricación y sus aplicaciones. En la presente invención se reivindica el diseño y fabricación de un chip microelectrónico que integra un conjunto de sensores de gases, flujo y temperatura. Con este nuevo microchip es posible determinar las concentraciones de diversos gases en un ambiente, su caudal y temperatura. Dichas medidas permiten monitorizar la combustión en una caldera doméstica y actuar sobre su funcionamiento para conseguir una combustión baja en emisiones y segura.

Description

Microchip multisensor de medida de flujo, temperatura y concentración de gases para el control de la combustión, procedimiento de fabricación y sus aplicaciones.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el Sector Electrónico de instrumentación de bajo coste basado en el uso de las tecnologías microelectrónicas y de microsistemas. La aplicación del microchip multisensor detector de gases desarrollado se dirige principalmente al sector de la electrónica para aplicaciones domésticas, de la línea blanca.

Estado de la técnica

En los últimos años, el interés de los fabricantes de calderas de uso doméstico se ha centrado en la mejora de la calidad de la combustión, es decir, en su eficiencia energética y en su impacto medioambiental. A pesar de los esfuerzos invertidos, existen actualmente dos aspectos implicados en el control de la combustión que influyen de manera relevante en su calidad y sobre los cuales no existe todavía una actuación: la diferencia entre las condiciones de operación específicas de cada instalación y la variación en composición del gas suministrado utilizado en la combustión. La falta de optimización de la combustión en base a estos parámetros es la causa de la existencia de emisiones no deseadas, principalmente CO. La determinación del contenido de oxígeno (O_{2}) juntamente con el monóxido de carbono residual puede ser usada para evaluar la eficiencia de la combustión. Adicionalmente, la detección de los niveles de óxidos nitrosos (NOx) es un buen indicador de la calidad de la caldera en cuanto a producción de emisiones no deseadas. En este sentido, es de gran interés la implementación de un sistema multifuncional que permita la regulación y control de los parámetros implicados en la combustión integrado por un conjunto de sensores de gases.

Para que la detección de concentraciones de gases sea útil y precisa para el control de la combustión en caldera, es necesario conocer adecuadamente las condiciones de trabajo de los sensores. Debido a que la medida de la concentración se realiza en un gas circulante, la monitorización del caudal del mismo es de especial relevancia. Así, se hace necesaria la presencia de un sensor de flujo en serie con el conjunto de sensores de concentración de gases. Además, tanto la sensibilidad de los sensores de flujo y como la de los de gases depende de su temperatura de trabajo y la del gas circulante. Por esta razón, la implementación de un sensor de temperatura en el microsistema proporciona información sobre la temperatura de los gases que se van a medir.

La familia de sensores habitualmente desarrollados para la detección de gases e idóneas para la integración en chip son los basados en capa de óxidos metálicos (MOS) tales como SnO_{2}, WO_{3}, TiO_{2}, etc. obtenidos por diferentes rutas de síntesis química o por métodos de depósito físico. Su mecanismo de detección se basa en el cambio en la barrera de potencial del óxido una vez expuesto a la presencia del gas que se quiere medir. Esto produce un cambio en la resistividad del material que se detecta a través de un par de electrodos situados justo debajo del material sensor el cual puede ser depositado por técnicas basadas en microdropping, screen-printing, spray, sputtering, etc.

Aunque tradicionalmente estos materiales se empezaron a depositar sobre los sustratos micromecanizados en forma de película delgada (sputtering), las innovaciones en técnicas de síntesis y depósito de los materiales sensibles permiten obtener microgotas que suponen una mejora en la sensibilidad de los dispositivos. La sensibilidad de estos materiales a un determinado gas depende principalmente de su composición estequiométrica y de su temperatura de trabajo.

Para que los fenómenos de detección tengan lugar el material sensible debe ser calentado a una temperatura de trabajo típicamente entre 200-550ºC dependiendo de la composición del óxido y de la especie gaseosa a detectar. Así pues, para el correcto funcionamiento de estos sensores se requiere la implementación de un elemento calefactor que suele consistir en una resistencia de platino o polisilicio que permita calentar el material sensible al gas a la temperatura de trabajo requerida, a la vez que un par de electrodos de platino que proporcionen la lectura del cambio de resistividad del mismo. Para evitar su interacción eléctrica, cuando se fabrica el dispositivo sensor de gas, estos dos tipos de elementos se sitúan a dos niveles diferentes.

La combinación de diferentes estructuras sensoras de gas en un mismo chip permite detectar las diferentes especies gaseosas presentes en una determinada atmósfera o eliminar las posibles sensibilidades cruzadas para una especie determinada. En este sentido, los sensores de gas basados en óxidos metálicos destinados a la detección de CO son muy sensibles a la presencia de oxígeno. De esta manera, debido a que los gases resultantes en una combustión parcial pueden contener ambas especies gaseosas, es necesario evaluar de forma simultánea la concentración de las mismas.

De entre todas las posibles maneras de medir el caudal de flujo, el uso de un principio basado en transferencia de calor es el más compatible con la tecnología de fabricación de los sensores de gases. En particular, los sensores de flujo de tipo calorimétrico basados en tres elementos resistivos son los más idóneos ya que, además de proporcionar una sensibilidad muy elevada al caudal de gas de manera bidireccional, pueden ser implementados de manera simultánea a los sensores de gases si se tienen en cuenta determinados aspectos tecnológicos.

El principio de operación de este tipo de sensores se basa en el calentamiento de un elemento resistivo a una temperatura entre 100-200ºC por encima de la temperatura ambiente. En condiciones estáticas, esta resistencia crea una distribución de temperatura simétrica a su alrededor. Esta simetría es alterada en presencia de un flujo circulante. La asimetría generada en la distribución de temperatura por un flujo de gas puede ser detectada si se sitúa una resistencia sensora a cada lado de la resistencia calefactora, ya que el calor disipado por ésta es transportado en el sentido del flujo por efecto de la convección forzada. Así, la diferencia de temperatura entre las resistencias sensoras es un parámetro directamente relacionado con el caudal del flujo de gas.

Para implementar este tipo de sensores en un chip se requiere un único nivel de material sensible a la temperatura que permita definir las tres resistencias.

En esta patente se describe el desarrollo de un microchip o microsistema multisensor compuesto por elementos sensores basados en tecnología microelectrónica. Esta tecnología permite una integración de los elementos sensores de bajo coste (fabricación en modo batch) y altas prestaciones, aspecto que facilitará su implantación en distintas aplicaciones industriales.

Finalmente, la adecuación de un sistema de medida a las necesidades de la aplicación en una caldera hace que sea necesario que los sensores se sometan a un mismo flujo de gas proveniente de la salida de humos. La integración híbrida de un conjunto de sensores encapsulados unitariamente y conectados en serie es una solución posible, pero poco adecuada para una implantación en un mercado de gran consumo. Por ello se propone la integración en un único chip del conjunto de sensores.

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Descripción de la invención Breve descripción de la invención

Un objeto de la presente invención lo constituye un microchip o microsistema multisensor que integra en una misma matriz de silicio varios sensores de gases de tipo semiconductor, un sensor de flujo de tipo térmico y un sensor de temperatura resistivo y que está constituido por tecnología estándar y por características específicas, así como su procedimiento de fabricación. Este microchip, fabricada mediante la compatibilización de las tecnologías de fabricación de los diferentes sensores, permite una monitorización de los gases provenientes de una combustión para generar una actuación que permita optimizar la misma. Este microchip multisensor puede utilizarse en la fabricación de dispositivos de detección gases para aplicaciones de determinación de la concentración, flujo y temperatura de gases en una determinada atmósfera, para su utilización en la monitorización y control de la combustión; como por ejemplo, calefactores o calderas domésticas e industriales.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se basa en que los inventores han observado que la detección de diferentes especies gaseosas presentes en una misma atmósfera, conjuntamente con la medida de otros parámetros como el flujo y la temperatura, es posible mediante la compatibilización de las distintas tecnologías de fabricación de los sensores de dichos parámetros en un único microchip o microsistema multisensor. En concreto, la compatibilización de tecnologías de fabricación de sensores de gases de tipo semiconductor basadas en sustratos de silicio micromecanizado con la tecnología de fabricación de sensores de flujo calorimétricos.

Así, un objeto de la presente invención lo constituye un microchip o microsistema multisensor, en adelante microchip multisensor de la presente invención, que integra en una misma matriz de silicio varios sensores de gases de tipo semiconductor, un sensor de flujo de tipo térmico y un sensor de temperatura resistivo y que está constituido por tecnología estándar y por las características específicas siguientes:

a)

los sensores de gases y flujo se compatibilizan en un mismo nivel del microchip (Figura 5) gracias a que uno de los materiales utilizados para los sensores de gases se usa en la implementación del sensor de flujo, en concreto el platino,

b)

los sensores están realizados sobre sendas membranas dieléctricas totalmente ancladas por sus lados lo que permite un óptimo aislamiento térmico de las resistencias a la vez que un bajo consumo de potencia,

c)

las membranas dieléctricas que definen los distintos sensores se disponen en un extremo y no en el centro, con el objetivo de alejar al máximo las áreas sensoras de los pads de conexión, de manera que permita definir un canal de flujo que cubra únicamente la zona sensible a los gases mientras los pads de conexión queden fuera del mismo tal y como se ilustra en la Figura 2,

d)

los diferentes sensores se disponen de forma que el flujo de gas a monitorizar interaccione con ellos en el siguiente orden: sensores de gases, sensor de caudal de flujo y sensor temperatura del gas, y

e)

de forma opcional, dicho microchip multisensor puede contener la electrónica integrada para la polarización de los calefactores y la amplificación y linealización de las señales de salida de los sensores.

Un objeto particular de la presente invención lo constituye un microchip multisensor de la presente invención en el que los gases a identificar son O_{2} , CO a bajas concentraciones, CO a altas concentraciones y NO_{x}.

Otro objeto particular de la presente invención lo constituye un microchip multisensor de la presente invención diseñado para operar en ambientes abiertos y cerrados. Una realización particular de un microchip multisensorial de la presente invención lo constituye un microchip, para operar en ambientes cerrados, para la aplicación específica de control de los gases de combustión en la canalización de salida de una caldera, que tenga incorporado un encapsulado sobre el microchip multisensor que defina una canalización de sección fija y que permita la determinación del caudal de flujo de dichos gases. Otra realización particular de la presente invención lo constituye un microchip adaptado a ambientes abiertos que no precisaría el sensor de flujo pero que la detección de gases se realizaría sin ningún problema.

El proceso de fabricación del microchip multisensor se basa en etapas tecnológicas microelectrónicas estándares sobre substratos de silicio y técnicas adicionales de micromecanizado, que proporcionan el aislamiento térmico necesario para que los sensores que operan a altas temperaturas (200-550ºC) tengan un bajo consumo de potencia (ver Ejemplo 1). Durante el proceso de fabricación de la presente invención la elaboración de los sensores de gases requiere dos niveles de material resistivo: el polisilicio y el platino. El polisilicio se usa en la implementación de la resistencia calefactora que permite calentar el material sensible a los gases (Puntos 3 y 5 en Figura 7), mientras que el platino se utiliza tanto para definir los electrodos del sensor de gas como para contactar eléctricamente el nivel de polisilicio, substituyendo así al aluminio típico de un proceso estándar microelectrónico (por ejemplo, CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Tal como se ha comentado anteriormente, debido a que el sensor de flujo precisa de un único nivel de material sensible a la temperatura, su compatibilización con el sensor de gases requiere que uno de los materiales usados para los sensores de gases se use en la implementación del sensor de flujo. En este sentido, el platino, dado que es un material con una alta estabilidad, un comportamiento lineal en un amplio rango de temperaturas y un coeficiente temperatura-resistencia (TCR) mayor que el polisilicio, resulta el candidato idóneo, entre los materiales nobles para la integración; otro potencial metal noble como alternativa al platino es el oro.

Así, otro objeto de la presente invención lo constituye un proceso de fabricación del microchip multisensor de la presente invención, en adelante proceso de fabricación de la presente invención, basado en etapas tecnológicas microelectrónicas estándares sobre substratos de silicio y con las siguientes características propias:

i)

las membranas del dispositivo, realizadas mediante una etapa de micromecanización en volumen del silicio, se han optimizado para su uso en microsensores de flujo de tipo térmico y de gases de tipo semiconductor, ya que proporcionan el aislamiento térmico necesario para que los sensores puedan operar a altas temperaturas (200-550ºC) con un bajo consumo de potencia,

ii)

la elaboración de los sensores de gases requiere dos niveles de material: el polisilicio y el platino, de tal forma que el polisilicio se usa en la implementación de la resistencia calefactora que permite calentar el material sensible a los gases (Puntos 3 y 5 de la Figura 7), mientras que el platino se utiliza tanto para definir los electrodos del sensor de gas como para contactar eléctricamente el nivel de polisilicio, substituyendo así al aluminio típico de un proceso estándar microelectrónico (por ejemplo, CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor),

iii)

los sensores de flujo y temperatura, que precisan un único nivel de material sensible a la temperatura, se desarrolla y se elabora de forma compatible con el sensor de gases con lo que requiere que uno de los materiales usados para los sensores de gases se use en la implementación del sensor de flujo, por ejemplo materiales con una alta estabilidad, un comportamiento lineal en un amplio rango de temperaturas y un coeficiente temperatura-resistencia (TCR) mayor que el polisilicio, como los materiales nobles platino y oro, y

iv)

adicionalmente, y en aplicaciones que así lo requieran, el multisensor puede pasivarse con una bicapa de SiO_{2}/Si_{3}N_{4}, que protege los elementos sensores de la degradación que pudiera originar la presencia de humedad o trazas de gases corrosivos.

Otro objeto de la presente invención lo constituye el uso del procedimiento de la presente invención para la elaboración y fabricación del microchip multisensor de la presente invención.

Finalmente, otro objeto de la presente invención lo constituye el uso del microchip multisensor de la presente invención en la fabricación de dispositivos de detección gases para aplicaciones de determinación de la concentración, flujo y temperatura de gases en una determinada atmósfera, para su utilización en la monitorización y control de la combustión; como por ejemplo, y únicamente a título ilustrativo y sin limitar el alcance de la invención, calefactores o calderas domésticas e industriales.

Las características del microchip multisensor de la presente invención podrán comprenderse mejor con la presente descripción hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestra un ejemplo de realización no limitativo.

Descripción detallada de los dibujos

Figura 1: Fotografía del microsistema fabricado.

Figura 2: Esquema de la disposición del chip en un canal de flujo.

Figura 3: Respuesta de los sensores de gases implementados en el microchip multisensor a una variación de la concentración de CO de hasta dos órdenes de magnitud. El sensor A corresponde al dispositivo de medida de CO a altas concetraciones, Los sensores B y C corresponden a los dispositivos que determinan simultáneamente las bajas concentraciones de Co y la de oxígeno, y el sensor D es el dispositivo de medida del Nox.

Figura 4: Característica de uno de los sensores sensibles a gases con el cambio del flujo de aire que demuestran la necesidad de la implementación conjunta de los distintos sensores.

Figura 5: Característica de respuesta del sensor de flujo a distintas temperaturas, antes de su compensación en temperatura con electrónica externa convencional.

Figura 6: Característica de respuesta del sensor de flujo a distintas temperaturas, después de su compensación en temperatura con electrónica externa convencional.

Figura 7: Esquema en 3D de la estructura del microchip multisensor separada en las partes que la forman. Identificación de las partes del microsistema: 1, Substrato de silicio; 2, Capa dieléctrica; 3, Resistencia calefactora de polisilicio; 4, Capa de óxido internivel; 5, Nivel de platino que define: a) Resistencias sensoras para detección del flujo de aire, b) Electrodos para material sensible a concentración de gases, y c) Resistencia sensora de la temperatura; 6, Capa dieléctrica de pasivación; 7, Apertura de contactos; 8, Material sensible al gas.

Figura 8: Imágenes SEM de una microgota de SnO_{2} (a) Vista de la microgota en sección (b) Vista aérea de la microgota depositada sobre el substrato micromecanizado

Ejemplo de realización de la invención Ejemplo 1 Proceso de fabricación del microchip multisensor

El proceso de fabricación del microchip multisensor de la presente invención se describe basándose en el esquema en 3D simplificado (con únicamente un sensor de cada tipo) de la estructura del microsistema presentado en la Figura 7. A partir de una oblea de silicio (1) pulida por las dos caras se crece una capa dieléctrica (2) compuesta por 1000 \ring{A} de SiO_{2} y 3000 \ring{A} Si_{3}N_{4}. Sobre esta capa dieléctrica se definen las resistencias calefactoras (3) de polisilicio que permitirán calentar el material sensible de los sensores de gas a la temperatura de trabajo. Seguidamente se deposita una capa de SiO_{2} de 5500\ring{A} que permite aislar eléctricamente el polisilicio de la capa de platino que se deposita a continuación (4). Sobre esta capa metálica se definen diferentes elementos: las resistencias sensoras que forman el sensor de flujo (7-a), los electrodos sobre los cuales se deposita el material sensible a los gases (7-b) y las resistencias sensoras de temperatura (7-c). Una capa dieléctrica de pasivación (6) protege estos elementos de la corrosión en determinados ambientes alargando de forma considerable la vida media de los dispositivos. Sobre esta capa se efectúan unas aperturas (7) que permiten realizar los contactos eléctricos de los diferentes elementos sensibles.

Además, y con el objetivo de obtener el aislamiento térmico requerido en este tipo de sensores, se lleva a cabo un grabado anisotrópico del substrato de silicio. Esta etapa, conocida como micromecanización del silicio, permite definir las membranas dieléctricas debajo de las zonas donde anteriormente se han definido las resistencias sensoras correspondientes al sensor de flujo y las resistencias calefactoras de los sensores de gases.

Finalmente, una vez obtenido el chip multisensor, se procede al depósito sobre los electrodos de los materiales sensibles a los diferentes gases que se quieran detectar. En la Figura 8, se muestran dos detalles, con vista lateral y superior, de uno de los sensores de gas del chip multisensor con material sensible depositado en forma de microgota sobre una de las membranas micromecanizadas. (Cambio de sitio)

Las dimensiones de las membranas que definen la estructura de los diferentes sensores son de 1000 x 1000 \mum. La zona activa de los sensores de gases es de 500 x 500 \mum. Las dimensiones totales del chip son de 12000 x 6000 \mum^{2}.

La fabricación del chip multisensor se lleva a cabo mediante procesos microelectrónicos sobre substratos de silicio y técnicas adicionales de micromecanizado, que proporcionan el aislamiento térmico necesario para que los sensores que operan a altas temperaturas (200-550ºC) tengan un bajo consumo de potencia.

Esta solución no sólo presenta ventajas en la simplificación del encapsulado sino que aumenta las prestaciones del conjunto por la proximidad de los distintos sensores y reduce el área de silicio necesaria para su fabricación, disminuyendo así su coste unitario siempre y cuando se diseñe un proceso de fabricación con un rendimiento suficientemente elevado. La integración conjunta de los sensores comporta el desarrollo de una tecnología apropiada y de un diseño adecuado.

El microchip multisensor está desarrollado para que sea posible su implementación tipo chip-on-board (chip sobre placa de circuito impreso) junto con la electrónica de control y lectura necesaria.

Ejemplo 2 Medida de la relación aire de entrada y concentración de gases exhaustos de una caldera doméstica para el control de la combustión

Como ejemplo de aplicación de la invención presentada en esta patente, se expone seguidamente el uso del microchip multisensor de la presente invención para el control de la combustión de una caldera de uso doméstico con objeto de optimizar su eficiencia y minimizar las emisiones no deseadas.

La eficiencia en la combustión de una caldera viene dada por la relación aire de entrada/gas metano, también conocida como parámetro lambda. Dentro de un pequeño rango de valores de este parámetro (1.2-1.5 en función del tipo y calidad del gas), la eficiencia energética de la combustión es máxima. Es decir, el gas metano se consume por completo con el mínimo aire de entrada necesario (un exceso de aire permitiría el consumo completo de metano pero disminuiría la eficiencia energética de la caldera).

Fuera de este rango, no sólo disminuye la eficiencia de la combustión sino que aparecen emisiones no deseadas, básicamente NO_{X} y CO.

Actualmente, las calderas de uso doméstico incorporan la electrónica necesaria para el control tanto del ventilador como de la válvula de gas. No obstante, este control se programa durante una calibración en fábrica por lo que, una vez instaladas, las calderas no siempre trabajan en condiciones óptimas en términos de impacto ambiental o eficiencia energética porque otros factores no controlados entran en juego en la combustión. Entre estos factores se encuentran las condiciones de operación variables y específicas derivadas de cada instalación o composición de gas, así como factores de envejecimiento y condiciones climáticas, entre otros.

La medida de O_{2} y CO a la salida de la caldera permite conocer la calidad de la combustión, ya que emisiones de CO implican la existencia de una combustión incompleta del gas a la vez que un aumento de O_{2} pone en evidencia un exceso de aire en la entrada. La estrategia de control implementada se basa en la regulación del aire de entrada de la caldera (a través de la velocidad del ventilador) y del metano (a través de la válvula de gas) en función de la concentración de estas dos especies gaseosas mencionadas a la salida de la caldera. Asimismo, es también de interés desde el punto de vista de seguridad ambiental detectar otras especies como las de tipo NO_{x}, altamente reactivas y de altas concentraciones de CO, que resultan perjudiciales para el ser humano.

Así, el microchip multisensor descrito en esta patente permite medir las concentraciones de O_{2}, CO (a bajas y a altas concentraciones) y NO_{x}. En la Figura 3 se muestra la respuesta de los cuatro sensores de gases implementados en el microchip a una variación de la concentración de CO de hasta dos órdenes de magnitud. Por otra parte, la detección de los diferentes gases se lleva a cabo en el flujo de gases circulante en el tubo de los gases provenientes de la combustión, por lo que el flujo es un parámetro que influye en la respuesta de los sensores. En la Figura 4 se muestra cómo varia la respuesta de un sensor cuando se modifica el caudal de las especies a medir. Este hecho demuestra la necesidad de la implementación de un sensor de flujo en el microchip multisensor que permita corregir la variación de la señal debida a este efecto.

Asimismo, debido a la dependencia de la repuesta del sensor de flujo y de los sensores de gases con la temperatura se incluye también en el microchip un sensor de temperatura consistente en una resistencia de platino que permite monitorizar la temperatura de los gases exhaustos y corregir la señal del sensor de flujo. Las figuras 5 y 6 muestran las características de respuesta del sensor de flujo a distintas temperaturas antes y después de la compensación de las señales con electrónica externa convencional.

Los sensores de gases incorporados en el microchip multisensor pueden operar en ambientes abiertos. Sin embargo, para la aplicación específica de control de los gases de combustión en la canalización de salida de una caldera, que tenga en cuenta además el flujo de dichos gases, es necesario incorporar un encapsulado sobre el microchip multisensor que defina una canalización de sección fija El encapsulado consiste en una pieza de plástico que fija una sección de aire sobre el sensor de 7 mm^{2}, para conseguir un buen funcionamiento de los distintos sensores. Dicho encapsulado puede ser de distintos materiales, plásticos o metálicos, según la temperatura de trabajo a la que deba operar.

Claims (8)

1. \global\parskip0.950000\baselineskip

   1. Microchip multisensor de gases caracterizado porque integra en una misma matriz de silicio varios sensores de gases de tipo semiconductor, un sensor de flujo de tipo térmico y un sensor de temperatura resistivo y que está constituido por tecnología estándar y por las características específicas siguientes:

   a)

   los sensores de gases, flujo y temperatura se compatibilizan en un mismo nivel del microchip (Figura 5) gracias a que uno de los materiales utilizados para los sensores de gases se usa en la implementación del sensor de flujo, en concreto el platino,

   b)

   los sensores están realizados sobre sendas membranas dieléctricas totalmente ancladas por sus lados lo que permite un óptimo aislamiento térmico de las resistencias a la vez que un bajo consumo de potencia,

   c)

   las membranas dieléctricas que definen los distintos sensores se disponen en un extremo y no en el centro, con el objetivo de alejar al máximo las áreas sensoras de los pads de conexión, de manera que permita definir un canal de flujo que cubra únicamente la zona sensible a los gases mientras los pads de conexión queden fuera del (Figura 2),

   d)

   los diferentes sensores se disponen de forma que el flujo de gas a monitorizar interaccione con ellos en el siguiente orden: sensores de gases, sensor de caudal de flujo y sensor temperatura del gas, y

   e)

   de forma opcional dicho microchip multisensor puede contener la electrónica integrada para la polarización de los calefactores y la amplificación y linealización de las señales de salida de los sensores.

2. 2. Microchip multisensor según la reivindicación 1 caracterizado porque los gases a identificar son O_{2}, CO a bajas concentraciones, CO a altas concentraciones y NO_{x}.
3. 3. Microchip multisensor según la reivindicación 1 caracterizado para operar en ambientes abiertos y cerrados.
4. 4. Microchip multisensor según la reivindicación 3 caracterizado porque es un microchip para un ambiente cerrado constituido por un encapsulado sobre el microchip multisensor que define una canalización de sección fija y que permita la determinación del caudal de flujo de dichos gases.
5. 5. Proceso de fabricación del microchip multisensor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 4 basado en etapas tecnológicas microelectrónicas estándares sobre substratos de silicio caracterizado por las siguientes especificidades propias:

   i)

   las técnicas adicionales de micromecanizado proporcionan el aislamiento térmico necesario para que los sensores que operan a altas temperaturas (200-550ºC) tengan un bajo consumo de potencia (ver Ejemplo 1),

   ii)

   la elaboración de los sensores de gases requiere dos niveles de material: el polisilicio y el platino, de tal forma que el polisilicio se usa en la implementación de la resistencia calefactora que permite calentar el material sensible a los gases (Figura 3 y 5), mientras que el platino se utiliza tanto para definir los electrodos del sensor de gas como para contactar eléctricamente el nivel de polisilicio, substituyendo así al aluminio típico de un proceso estándar microelectrónico (por ejemplo, CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor),

   iii)

   el sensor de flujo y el sensor de temperatura, que precisan de un único nivel de material sensible a la temperatura, se desarrollan y se elaboran de forma compatible con el sensor de gases con lo que requieren que uno de los materiales usados para los sensores de gases se use en la implementación del sensor de flujo, por ejemplo materiales con una alta estabilidad, un comportamiento lineal en un amplio rango de temperaturas y un coeficiente temperatura-resistencia (TCR) mayor que el polisilicio, como los materiales nobles platino y oro, y

   iv)

   adicionalmente, y en aplicaciones que así lo requieran, el multisensor puede pasivarse con una bicapa de SiO_{2}/Si_{3}N_{4}, que protege los elementos sensores de la degradación que pudiera originar la presencia de humedad o trazas de gases corrosivos.

6. 6. Uso del procedimiento según la reivindicación 5 para la elaboración y fabricación del microchip multisensor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 4.
7. 7. Uso del microchip multisensor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 4 en la fabricación de dispositivos de detección gases para aplicaciones de determinación de la concentración, flujo y temperatura de gases en una determinada atmósfera, para su utilización en la monitorización del nivel de emisiones y control de la combustión.
8. 8. Uso del microchip multisensor según la reivindicación 7 caracterizado porque el dispositivo o aparato pertenece, entre otros, al siguiente grupo: calefactores o calderas domésticas.