TWI555977B - 感測器裝置 - Google Patents

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TWI555977B
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盧泰亨
朴城撤
權起範
李昇桓
鄭俊鎬
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英諾晶片科技股份有限公司
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Description

感測器裝置
本發明涉及感測器裝置，且更確切地說，涉及能夠感測多個感測目標的氣體感測器。
隨著近期對生活環境污染及健康的關注增多，感測各種環境有毒氣體的必要性大大增加。由於對感測有毒氣體及爆炸性氣體的需求而已經開發的有毒氣體感測器歸因於對衛生保健、生活環境監測、工業安全、家用器具及智慧家居的需要以及出於國防及恐怖主義來改善人類生活品質而被高度需求。因此，氣體感測器變成用於實現無災難社會的構件，且為此目的，需要比以前更精確地對環境有毒氣體進行測量及控制。
可根據形式、結構及材料將氣體感測器歸類為半導體型氣體感測器、固體電解質氣體感測器及催化燃氣感測器。其中的半導體型氣體感測器在低濃度下具有大輸出變化以具有高靈敏度及耐久性。由於是在大約100℃到500℃下操作，所以半導體型氣體感測器包含用於感測電阻變化的感測電極、塗布於感測電極上的感測材料及用於升高感測材料的溫度的加熱器(加熱元件)。當 通過加熱器加熱半導體型氣體感測器且氣體被吸附至感測材料時，半導體型氣體感測器測量由於所吸附的氣體而發生在感測電極與感測材料之間的電特性變化。此類氣體感測器的實例揭示於韓國專利申請案特許公開的公開案第2004-016605號中。
然而，典型半導體型氣體感測器形成有一個加熱器、感測電極及感測材料，且因此僅可感測一種特定氣體。因此，不能使用一個氣體感測器感測多種氣體，且需要多個氣體感測器來分別感測多種氣體。
本發明提供一種能夠同時感測多個感測目標的感測器裝置。
本發明更提供一種感測器裝置，其中分別感測多種氣體的多個單位氣體感測器實施於相同襯底上。
本發明更提供一種能夠同時驅動在不同溫度下驅動的多個單位氣體感測器的感測器裝置。
根據示範性實施例，感測器裝置包含：垂直堆疊的多個襯底；多個加熱器，其形成於至少一個所選襯底上且在水平方向上彼此分開；多個感測電極，其在至少一個所選襯底的形成有所述多個加熱器的頂部部分上形成於所述襯底上且在所述水平方向上分開；以及多種感測材料，其經配置以分別接觸所述多個感測電極且彼此分開地形成。
所述感測器裝置可更包含製備在所述多個加熱器的底部部分上的底座式加熱器。
所述多個加熱器可加熱至少兩個溫度。
所述多個感測電極中的每一者可包含至少一個切口部分。
所述多種感測材料可由至少兩種材料形成。
所述感測器裝置可更包含多個第一暴露電極及第二暴露電極，其經形成以在外部暴露於所述多個襯底上的預定區域且經配置以分別將電力供應到所述多個加熱器及所述多個感測電極。
所述第一暴露電極及所述第二暴露電極中的至少任一者可為其中內埋有導電材料的垂直連接通孔。
所述感測器裝置可更包含：多個水平互連件，其從所述第一暴露電極及所述第二暴露電極中的至少任一者起形成於水平方向中；以及多個垂直互連件，其與所述水平互連件垂直地形成以待分別連接到所述多個加熱器。
所述垂直互連件可用形成於所述襯底中的其中內埋有導電材料的孔洞形成。
所述感測器裝置可更包含以下各者中的至少任一者：頂蓋，其製備於所述襯底的所述頂部部分上且經配置以覆蓋所述多種感測材料；以及散熱片，其製備於所述襯底的所述底部部分上。
所述頂蓋可由至少兩個堆疊式陶瓷板或金屬或塑膠形成，且包括形成於其中的開口或網孔中的至少一者。
所述散熱片可由至少兩個堆疊式陶瓷板形成，且所述陶瓷板中的至少一者中可包含開口。
所述感測器裝置可更包含製備於所述散熱片的底部部分上的底蓋。
根據另一示範性實施例，感測器裝置包含：多個單位氣體感測器，每一氣體感測器包含形成於多個垂直堆疊的襯底中的每一者上以感測至少一種氣體的加熱器、感測電極及感測材料，其中所述加熱器、感測電極及感測材料中的每一者水平地安置為多個以感測多個不同受試者。
所述感測器裝置可更包含製備在所述襯底的底部部分上的底座式加熱器。
所述多個加熱器可加熱至少兩個溫度。
所述多個感測電極中的每一者可包含至少一個切口部分。
110‧‧‧第一襯底
120‧‧‧第二襯底
130‧‧‧第三襯底
140‧‧‧第四襯底
150‧‧‧第五襯底
210‧‧‧加熱器
220‧‧‧加熱器
230‧‧‧加熱器
240‧‧‧加熱器
310‧‧‧感測電極
320‧‧‧感測電極
330‧‧‧感測電極
340‧‧‧感測電極
410‧‧‧感測材料
420‧‧‧感測材料
500‧‧‧第一暴露電極
510a‧‧‧第一暴露電極
510b‧‧‧第一暴露電極
520a‧‧‧第一暴露電極
520b‧‧‧第一暴露電極
530a‧‧‧第一暴露電極
530b‧‧‧第一暴露電極
540a‧‧‧第一暴露電極
540b‧‧‧第一暴露電極
600‧‧‧互連件
610a‧‧‧第一水平互連件
610b‧‧‧第二水平互連件
620a‧‧‧第一水平互連件
630b‧‧‧第二水平互連件
640b‧‧‧第二水平互連件
650a‧‧‧第一垂直互連件
650b‧‧‧第二垂直互連件
660a‧‧‧第一垂直互連件
660b‧‧‧第二垂直互連件
670a‧‧‧第一垂直互連件
670b‧‧‧第二垂直互連件
680a‧‧‧第一垂直互連件
680b‧‧‧第二垂直互連件
710a‧‧‧第二暴露電極
710b‧‧‧第二暴露電極
720a‧‧‧第二暴露電極
720b‧‧‧第二暴露電極
730a‧‧‧第二暴露電極
730b‧‧‧第二暴露電極
740a‧‧‧第二暴露電極
740b‧‧‧第二暴露電極
800‧‧‧底座式加熱器
900‧‧‧第三暴露電極
900a‧‧‧第三暴露電極
900b‧‧‧第三暴露電極
1000‧‧‧頂蓋
1010‧‧‧板
1011‧‧‧開口
1020‧‧‧板
1021‧‧‧開口
1030‧‧‧板
1031‧‧‧開口
1040‧‧‧板
1041‧‧‧開口
1050‧‧‧板
1051‧‧‧網孔
1100‧‧‧散熱片
1110‧‧‧開口
1120‧‧‧外部電極圖案
1051‧‧‧網孔
通過結合附圖進行的以下描述可以更詳細地理解示範性實施例。
圖1是根據示範性實施例的氣體感測器的組合橫截面圖。
圖2是根據示範性實施例的氣體感測器的分解透視圖。
圖3是根據另一示範性實施例的氣體感測器的組合橫截面圖。
圖4是根據示範性實施例的氣體感測器的分解透視圖。
圖5及圖6是根據實施例的經修改實例的氣體感測器的組合橫截面圖及部分分解透視圖。
圖7是根據實施例的經修改實例的氣體感測器的組合橫截面圖。
圖8是根據實施例的經修改實例的氣體感測器的組合橫截面圖。
在下文中，將參考附圖詳細地描述特定實施例。然而，本發明可以用不同形式體現且不應被解釋為限於本文中所闡述的實施例。確切地說，提供這些實施例是為了使得本發明將是透徹並且完整的，且將把本發明的範圍完整地傳達給所屬領域的技術人員。
圖1是根據示範性實施例的氣體感測器的組合橫截面圖，且圖2是分解透視圖。
參考圖1及圖2，根據實施例的氣體感測器可包含：垂直堆疊的多個襯底100(110到140)；多個加熱器200(210、220、230及240)，其以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多個感測電極300(310、320、330及340)，其與所述多個加熱器200絕緣且以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；以及多種感測材料400(410、420、430及440)，其彼此分開地形成於一個襯底100上以接觸所述多個感測電極300。此外，所述氣體感測器可更包含：多個第一暴露電極500及多個第二暴露電極700，其形成於所述多個襯底100上的預定區域中且將電力供應到加熱器200及感測電極300；以及多個互連件600，其形成於至少兩個襯底100上且連接所述多個第一暴露電極500與所述多個加熱器200。因此，根據實施例的氣體感測器在相同襯底上包含多個單位氣體感測器，且所述單位氣體感測器可分別感測不同氣體。此外，圖1說明根據實施例的氣體感測器的加熱器200及互連件600的形式的橫截面。換句話說，圖1說明從第一暴露電極500沿著互連件600及加熱器200的形式切割的橫截面。
所述多個襯底100(110到140)可經製備以具有預定厚度，例如呈四邊形形式。在所述多個襯底100中確定多個區域，且多個單位氣體感測器形成於所述區域中的每一者上。舉例來說，在所述多個襯底100中的每一者中確定四個區域(排除預定寬度的邊緣及預定寬度的中心部分)，且多個加熱器200、多個感測電極300及多種感測材料400分別形成於每一區域上以形成多個單位氣體感測器。因此，所述多個襯底100可根據單位氣體感測器的數目及安置形式而具有各種形式，且可製備成多邊形形式，包含正方形或矩形。此外，多個孔洞形成於所述多個襯底100的預定區域中且內埋有導電材料以待進行電及垂直連接。此外，所述多個襯底100可使用例如具有預定厚度的陶瓷薄板。為此目的，例如，通過混合基於B2O3-SiO2的玻璃、基於Al2O3-SiO2的玻璃與組成包含Al2O3的其它陶瓷材料及玻璃粉等來製備原料粉末，且通過用例如乙醇等溶劑對混合產物進行球磨，所述原料粉末及有機粘合劑溶化在待作為添加劑輸入到原料粉末的基於甲苯/乙醇的溶劑中，通過用小球磨機研磨產物及混合來制得漿液，且接著可通過對所述漿液進行刮刀方法來制得具有所需厚度的板。
多個加熱器200(210到240)起到維持感測材料400的溫度以便使氣體感測器不受外部溫度影響的作用。多個加熱器200在水平方向上分開且形成。換句話說，所述多個加熱器200中的每一者可以預定間隔分開地形成於相同襯底100上。舉例來說，所述多個加熱器200可分別形成於單位氣體感測器將形成於第三襯底130上的區域上。此外，所述多個加熱器200中的每一者可經形成而具有預定曲線。舉例來說，加熱器200中的每一者可形 成為螺旋形式，包括圓形螺旋形式或四邊形螺旋形式。此處，所述多個加熱器200可根據需要感測的氣體而在不同溫度下加熱。舉例來說，第一加熱器210可在大約200℃的溫度下加熱，第二加熱器220在大約300℃的溫度下加熱，第三加熱器230在大約400℃的溫度下加熱，且第四加熱器240在大約500℃的溫度下加熱。為了在不同溫度下加熱，可將不同電力供應到所述多個加熱器200中的每一者，以不同方式形成其區域以具有不同電阻，且可使用具有不同電阻的多種材料。換句話說，可以不同電力、區域、形成材料形成所述多個加熱器200以便在不同溫度下加熱。這些加熱器200可由導電材料形成，例如金屬材料，包含金(Au)、鉑(Pt)、鋁(Al)、鉬(Mo)、銀(Ag)、氮化鈦(TiN)、鎢(W)、釕(Ru)或銥(Ir)，或金屬材料的混合物。此外，可通過使用用於增大例如鉻(Cr)或鈦(Ti)等金屬材料與金屬材料的粘著力的材料來以雙層實施加熱器200。
多個感測電極300(310到340)起到通過分別接觸多種感測材料400而感測感測材料400的電特性改變的作用。多個感測電極300在水平方向上分開且形成。換句話說，所述多種感測材料300中的每一者可以預定間隔分開地形成於相同襯底100上。舉例來說，所述多個感測電極300可分別形成於單位氣體感測器形成於襯底140上的區域上。換句話說，所述多個感測電極300可經形成以分別與所述多個加熱器200重疊。此外，所述多個感測電極300中的每一者可在至少一個區域中具有切口部分。換句話說，感測電極300可經形成以使得至少兩個電極具有預定間隔。此時，感測電極300的切斷部分可與加熱器200重疊。此外， 感測電極300可由導電材料形成，例如金屬材料，包含金(Au)、鉑(Pt)、鋁(Al)、鉬(Mo)、銀(Ag)、氮化鈦(TiN)、鎢(W)、釕(Ru)或銥(Ir)，或金屬材料的混合物。此外，可通過使用用於增大例如鉻(Cr)或鈦(Ti)等金屬材料與金屬材料的粘著力的材料來以雙層實施感測電極300。此時，感測電極300可由與加熱器200相同的材料形成。
所述多種感測材料400(410到440)使用電特性根據需要感測的材料的量而改變的材料。所述多種感測材料400形成於所述多個感測電極300的頂部部分上以接觸所述多個感測電極。此外，所述多種感測材料400經形成而不彼此接觸。此處，可通過使用絕緣體與導體的混合材料來形成所述多種感測材料400。舉例來說，感測材料400可包含例如Pt、Pd、Ag或Ni等催化劑混合到選自SnO2、ZnO、Fe2O3、WO3及TiO2當中的任何一個母體材料的材料。因此，所述多種感測材料400可根據需要感測的氣體及相應地在不同溫度下加熱的多個加熱器200而由不同材料形成。
所述多個第一暴露電極500(510到540)經製備以將電力供應到所述多個加熱器200。所述多個第一暴露電極500形成於至少一個襯底100上以暴露於至少一個側面。舉例來說，用於將電力供應到所述多個加熱器200的所述多個第一暴露電極500可經形成以按預定間隔彼此分開以便暴露於所述多個襯底100的一個側面。此外，所述第一暴露電極500全部形成於所述多個襯底100的一個側面上且由其中內埋有導電材料的孔洞垂直地連接。換句話說，垂直穿透孔洞形成於上面形成所述多個第一暴露電極500 的區域中，且導電材料內埋於所述孔洞中以垂直地連接第一暴露電極500。然而，所述多個第一暴露電極500可不垂直連接，且可暴露於所述多個襯底100的一個側表面且通過焊接彼此連接。此外，所述多個第一暴露電極500中的每一者可包含連接到正(+)電力供應的電極及連接到負(-)電力供應的電極。在圖2中，用參考符號“a”指示的暴露電極500連接到(+)電力供應，且用參考符號“b”指示的暴露電極500連接到(-)電力供應。
互連件600經製備以分別連接所述多個第一暴露電極500與所述多個加熱器200。這些互連件600可包含在水平方向上形成的水平互連件610、620、630及640以及在垂直方向上形成的垂直互連件650、660、670及680。此外，水平互連件610、620、630及640可包含連接到(+)電力供應所連接到的第一暴露電極500的第一水平互連件及連接到(-)電力供應所連接到的第一暴露電極500的第二水平互連件。在圖2中，第一水平互連件用參考符號“a”指示，且第二水平互連件用參考符號“b”指示。此時，第一水平互連件與第二水平互連件可形成於不同層上。舉例來說，第一互連件610a、620a、630a及640a形成於第一襯底110上，且第二互連件610b、620b、630b及640b形成於第二襯底120上。此外，垂直互連件650、660、670及680是通過其中內埋有導電材料的穿透第一襯底110、第二襯底120及第三襯底130的孔洞而形成。換句話說，多個孔洞形成於第一襯底到第三襯底110、120及130上的相同區域中，且垂直互連件650、660、670及680經形成且用內埋於孔洞中的導電材料垂直連接。垂直互連件650、660、670及680可包含連接到水平互連件610a、620a、630a及 640a的第一垂直互連件650a、660a、670a及680a以及連接到第二水平互連件610b、620b、630b及640b的第二垂直互連件650b、660b、670b及680b。此時，第一垂直互連件650a、660a、670a及680a可形成於待彼此連接的第一襯底到第三襯底110、120及130的預定區域上，且第二垂直互連件610b、620b、630b及640b可形成於待彼此連接的第二襯底120及第三襯底130的預定區域上。因此，第一水平互連件610a、620a、630a及640a、第一垂直互連件650a、660a、670a及680a、所述多個加熱器200、第二垂直互連件610b、620b、630b及640b、第二水平互連件610b、620b、630b及640b以及第一暴露電極510b、520b、530b及540b從第一暴露電極510a、520a、530a及540a電連接，且所述多個加熱器200可在預定溫度下加熱。
所述多個第二暴露電極700經製備以將電力供應到所述多個感測電極300。所述多個第二暴露電極700可經形成以待暴露於一個襯底100的不暴露第一暴露電極500的至少兩個側面。舉例來說，所述多個第二暴露電極700可形成於上面形成多個感測電極300的第四襯底140的未形成第一暴露電極500的兩個相對側面上。如同第一暴露電極500，所述第二暴露電極700還可形成於所述多個襯底100的相同區域上且由其中內埋有導電材料的孔洞連接。此處，所述多個第二暴露電極700中的每一者可包含連接到正(+)電力供應的電極及連接到負(-)電力供應的電極。在圖2中，用參考符號“a”指示的暴露電極700連接到(+)電力供應，且用參考符號“b”指示的暴露電極700連接到(-)電力供應。
將參考圖2的分解透視圖來詳細描述根據實施例的氣體 感測器。
所述多個第一暴露電極500及所述多個互連件600形成於第一襯底110上。第一襯底110製備成例如正方形，且確定其中將形成多個單位氣體感測器(例如，將形成4個單位氣體感測器)的區域。所述多個第一暴露電極500經形成以暴露於第一襯底110的一個側面。此處，第一暴露電極500經形成以允許(+)電力供應連接到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a以預定間隔分開。所述多個互連件600包含多個水平互連件610a、620a、630a及640a，所述水平互連件分別連接到第一暴露電極510a、520a、530及540a且從此處延伸到將形成所述多個單位氣體感測器的區域的預定部分。所述多個垂直互連件650a、660a、670a及680a形成於將形成所述多個氣體感測器的區域上，且所述多個水平互連件610a、620a、630a及640a連接到所述多個垂直互連件650a、660a、670a及680a。此時，所述多個水平互連件610a、620a、630a及640a可以預定間隔分開地形成以便不彼此接觸且短路。
所述多個第一暴露電極500及所述多個互連件600形成於第二襯底120上。第二襯底120製備成與第一襯底110相同的形式，且確定將形成例如4個單位氣體感測器的區域。所述多個第一暴露電極500經形成以暴露於第二襯底120的一個側面。此處，第一暴露電極500經形成以使得(+)電力供應所連接到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a與(-)電力供應所連接到的所述多個第二暴露電極510b、520b、530b及540b以預定間隔分開。此時，(+)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510a、 520a、530a及540a與(-)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510b、520b、530b及540b交替地安置。(+)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a與(-)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510b、520b、530b及540b還可分開地形成。(+)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a經形成以暴露於一個側面，且(-)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510b、520b、530b及540b經形成以暴露於與所述一個側面對置的另一側面。此外，(+)電力所施加到的第一暴露電極510a、520a、530a及540a可連接到(+)電力所施加到且形成於第一襯底110上的第一暴露電極510a、520a、530a及540a。換句話說，其中內埋有導電材料的預定孔洞形成於第二襯底120的第一暴露電極510a、520a、530a及540a的預定區域中，且經由此孔洞，(+)電力所施加到的第一暴露電極510a、520a、530a及540a可在第一襯底110及第二襯底120中連接。因為第一暴露電極510a、520a、530a及540a暴露於第二襯底120的一個側面，因此第一襯底110及第二襯底120的第一暴露電極510a、520a、530a及540a可在焊接期間在襯底100的側表面處連接。此外，互連件600可包含水平互連件610b、620b、630b及640b，所述水平互連件分別連接到(-)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510b、520b、530b及540b且從此處延伸到將形成多個單位氣體感測器的區域的預定部分。所述多個垂直互連件650a、650b、660a、660b、670a、670b、680a及680b分別形成於多個單位氣體感測器形成區域上，且所述多個水平互連件610b、620b、630b及640b連接到所述多個垂直互連件650b、660b、670b及680b。此時，所述多個 水平互連件610b、620b、630b及640b可以預定間隔分開地形成以便不彼此接觸且短路。此外，所述多個垂直互連件650a、660a、670a及680a連接到形成於第一襯底110上的所述多個垂直互連件650a、660a、670a及680a。為此目的，其中內埋有導電材料的預定孔洞形成於第二襯底120上形成的所述多個互連件650a、660a、670a及680a的預定區域中，且經由此孔洞，第一襯底110及第二襯底120的所述多個垂直互連件650a、660a、670a及680a可得以連接。
多個第一暴露電極500、多個互連件600及多個加熱器200形成於第三襯底130上。第三襯底120製備成與第一襯底110及第二襯底120相同的形式，且類似於這些襯底，確定將形成例如4個單位氣體感測器的區域。所述多個第一暴露電極500經形成以暴露於第三襯底130的一個側面。此處，第一暴露電極500經形成以使得(+)電力供應所連接到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a與(-)電力供應所連接到的所述多個第一暴露電極510b、520b、530b及540b以預定間隔分開。此時，(+)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a與(-)電力所施加到的所述多個第二暴露電極510b、520b、530b及540b交替地安置。(+)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a與(-)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510b、520b、530b及540b還可分開地形成。(+)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a可經形成以暴露於一個側面，且(-)電力所施加到的所述多個第一暴露電極510b、520b、530b及540b形成到與所述一個側面對置的另一側 面。此外，形成於第三襯底130上的第一暴露電極500可分別連接到形成於第二襯底120上的多個第一暴露電極500。換句話說，其中內埋有導電材料的預定孔洞形成於第三襯底130的第一暴露電極500的預定區域中，且經由此孔洞，第一襯底110及第二襯底120的第一暴露電極500可得以連接。因為第一暴露電極500暴露於第三襯底130的一個側面，因此第一襯底110、第二襯底120及第三襯底130的第一暴露襯底500可在焊接期間在所述多個堆疊襯底100的側表面處連接。此外，多個垂直互連件650a、650b、660a、660b、670a、670b、680a及680b形成於將形成所述多個單位氣體感測器的區域上且連接到形成於第二襯底120上的所述多個垂直互連件650a、650b、660a、660b、670a、670b、680a及680b。為此目的，其中內埋有導電材料的預定孔洞形成於第三襯底130上形成的所述多個垂直互連件650a、650b、660a、660b、670a、670b、680a及680b的預定區域中，且經由此孔洞，第二襯底120的所述多個垂直互連件650a、650b、660a、660b、670a、670b、680a及680b可得以連接。此外，多個加熱器210、220、230及240可分別形成於預定區域上，例如第三襯底130上的多個氣體感測器形成區域的中心部分。此處，所述多個加熱器200可在兩個或兩個以上溫度(例如不同溫度)下加熱。所述多個加熱器200可形成為預定圖案，例如具有預定長度的曲線圖案。此處，所述多個加熱器200中的每一者可形成為相同圖案或不同圖案。舉例來說，當將不同電力施加到所述多個加熱器200中的每一者時，所述多個加熱器200可形成為相同圖案。當將相同電力施加到所述多個加熱器200中的每一者時，所述多個加熱器200可經形成 以具有不同長度。舉例來說，當施加相同電力時，隨著加熱器200的長度變長，其電阻變得較大，且因此熱量可較大。因此，加熱器200的圖案長度可根據加熱器200的加熱溫度而不同。此外，加熱器200的一個末端與另一末端可分別在一個或另一方向上延伸以待連接到所述多個垂直互連件650a、650b、660a、660b、670a、670b、680a及680b。因此，第一水平互連件610a、620a、630a及640a、第一垂直互連件650a、660a、670a及680a、所述多個加熱器200、第二垂直互連件610b、620b、630b及640b、第二水平互連件610b、620b、630b及640b以及第一暴露電極510b、520b、530b及540b可從第一暴露電極510a、520a、530a及540a電連接，且所述多個加熱器200可在預定溫度下加熱。
第一暴露電極500、第二暴露電極700、多個感測電極300及多種感測材料400形成於第四襯底140上。第四襯底140製備成與第一襯底到第三襯底110、120及130相同的形式，且確定將形成例如4個單位氣體感測器的區域。所述多個第一暴露電極500經形成以暴露於第四襯底140的一個側面，且是在與第一襯底到第三襯底110、120及130中的每一者上形成的多個第一暴露電極500的位置相同的位置形成。此處，第一暴露電極500經形成以使得(+)電力供應所連接到的所述多個第一暴露電極510a、520a、530a及540a與(-)電力供應所連接到的所述多個第二暴露電極510b、520b、530b及540b交替地安置。此外，(+)電力所施加到的第一暴露電極510a、520a、530a及540a可在第三襯底130上連接到(+)電力所施加到的第一暴露電極510a、520a、530a及540a，且(-)電力所供應到的第一暴露電極510b、520b、530b及540b可在第 三襯底130上連接到(-)電力所施加到的第一暴露電極510b、520b、530b及540b。換句話說，其中內埋有導電材料的預定孔洞形成於第四襯底140的第一暴露電極500的預定區域中，且經由此孔洞，可連接到第三襯底130的第一暴露電極400。因為第一暴露電極500暴露於第四襯底140的一個側面，因此第一襯底到第四襯底110、120、130及140的第一暴露襯底500可在焊接期間在襯底100的側表面處連接。此外，所述多個感測電極310、320、330及340可形成於每一預定區域上，例如第四襯底140的多個氣體感測器形成區域的中心部分。此處，所述多個感測電極300可經形成以與下方的所述多個加熱器200的至少一部分重疊。感測電極300經形成而以預定間隔在與加熱器200重疊的區域處分開。此外，分別連接到感測電極300的第二暴露電極700可形成於襯底140的未形成第一暴露電極500的兩個對置側面上。換句話說，連接到加熱器200的第一暴露電極500經形成以暴露於第四襯底140的一個側面，且連接到感測電極300的第二暴露電極700可形成於未形成第一暴露電極500的至少兩個側面上。此處，第二暴露電極700經形成以使得(+)電力所施加到的所述多個第二暴露電極710a、720a、730a及740a與(-)電力所施加到的所述多個第二暴露電極710b、720b、730b及740b分別形成且交替地安置。此外，所述多個感測電極300中的每一者可在兩個方向上延伸以分別連接到所述多個第二暴露電極500。此外，所述多種感測材料400可分別形成於感測電極300的頂部部分上。所述多種感測材料400可由不同材料形成。
如上文所描述，在根據實施例的氣體感測器中，多個襯 底100堆疊，在不同溫度下加熱的多個加熱器形成於預定區域中，且多個感測電極300及多種感測材料400形成於加熱器200的頂部部分上。此外，第一暴露電極500及第二暴露電極700經形成以暴露於多個襯底100的側表面，且水平及垂直互連件600形成於所述多個襯底100內部以連接所述第一暴露電極500與所述多個加熱器200。因此，電力可在外部施加到多個加熱器200及感測電極300。因此，根據實施例，多個單位氣體感測器可實施於一個氣體感測器中，且多個單位氣體感測器可感測不同氣體。換句話說，根據本發明的實施例，一個氣體感測器可感測不同氣體。
此外，根據實施例，因為所述多個加熱器200在不同溫度下加熱，因此在所述多個加熱器200在設定溫度下加熱之前可能會花費預定時間。換句話說，可能需要一段時間來使所述多個加熱器200穩定。舉例來說，需要預定時間來使所述多個加熱器200加熱到200℃、300℃、400℃及500℃。隨著加熱溫度變高，穩定化時間變得較長。換句話說，即使將第一加熱器210加熱到200℃並穩定，在將第四加熱器240加熱到500℃並穩定之前仍需要一段時間。為了減小所述多個加熱器200的加熱時間，可進一步製備底座式加熱器800，如圖3及圖4中所說明。換句話說，當將底座式加熱器800加熱到例如大約100℃時，因為可將所述多個加熱器200加熱到設定溫度(例如100℃、200℃、300℃及400℃)，因此加熱時間可得以減少。將參考圖3及圖4描述根據另一實施例的氣體感測器。
圖3是根據示範性實施例的氣體感測器的組合橫截面圖，且圖4是分解透視圖。
參考圖3及圖4，根據另一實施例的氣體感測器可包含：垂直堆疊的多個襯底100(110到150)；多個加熱器200(210、220、230及240)，其以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多個感測電極300(310、320、330及340)，其與所述多個加熱器200絕緣且以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多種感測材料400(410、420、430及440)，其彼此分開地形成於一個襯底100上以接觸所述多個感測電極300；以及底座式加熱器800，其形成於襯底100的底側的一個襯底150上。此外，所述氣體感測器可更包含：多個第一暴露電極500及多個第二暴露電極700，其形成於所述多個襯底100上的預定區域中且將電力供應到多個加熱器200及多個感測電極300；多個互連件600，其形成於至少兩個襯底100上且連接所述多個第一暴露電極500與所述多個加熱器200；以及第三暴露電極900，其形成於所述多個襯底100上的預定區域上用於將電力供應到底座式加熱器800。
換句話說，在根據所述另一實施例的氣體感測器中，底座式加熱器800形成於處於最低側面處的第五襯底150上的前表面上，且在其頂部部分上，形成多個單位氣體感測器，此處分別形成多個加熱器200、多個感測電極300及多種感測材料400。此外，用於加熱底座式加熱器800的第三暴露電極900不僅形成於第五襯底150上，而且形成於第一襯底110到第四襯底140上的預定區域上。此時，第三暴露電極900可經形成以暴露於形成第一暴露電極500及第二暴露電極700的區域，且舉例來說，可經形成以暴露於與形成第一暴露電極500的一個側面對置的另一側面。此外，第三暴露電極900可經形成以待垂直連接。為此目的， 其中內埋有導電材料的預定孔洞經形成以與形成第一襯底110到第四襯底140的第三暴露電極900的區域重疊，且經由此孔洞，第三暴露電極900可得以垂直連接。
此外，根據實施例的包含多個單位氣體感測器的氣體感測器可以各種方式修改如下。換句話說，可更包含頂蓋1000，如圖5及圖6中所說明，可更包含散熱片1100，如圖7中所說明，且可更包含頂蓋1000及散熱片1100，如圖8中所說明。
圖5是根據實施例的經修改實例的氣體感測器的組合橫截面圖，且圖6是部分分解透視圖。
參考圖5及圖6，根據經修改實例的氣體感測器更包含頂蓋1000。換句話說，根據另一實施例的氣體感測器可包含：垂直堆疊的多個襯底100(110到140)；多個加熱器200(210、220、230及240)，其以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多個感測電極300(310、320、330及340)，其與所述多個加熱器200絕緣且以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多個感測材料400(410、420、430及440)，其彼此分開地形成於一個襯底100上以接觸所述多個感測電極300；以及頂蓋1000，其經形成以覆蓋襯底140上的所述多種感測材料400。此外，儘管圖式中未說明，但相對於圖3及圖4描述形成於襯底110的底側的一個襯底150上的底座式加熱器800。
頂蓋1000可經製備以使所述多種感測材料400不暴露於外部。可通過使用具有預定厚度的多個板1010到1050形成頂蓋1000。可通過使用與上面實施多個氣體感測器的多個襯底110到140的材料相同的材料來製造所述多個板1010到1050。然而，所 述多個板1010到1050可製造地比所述多個襯底110到140薄或厚。頂蓋1000可通過使用金屬或塑膠來製造且接合到襯底100。此外，對應於例如感測材料400的數目的多個開口1011、1021、1031及1041可分別形成於例如第一板1010到第四板1040中的所選兩個或兩個以上板中。開口1011、1021、1031及1041可根據板1010到1040而形成為不同大小，且在從第一板1010的開口1011朝向第四板1040的開口1041行進時可形成地較大。此時，第一板1010的多個開口1011可形成為等於或寬於感測材料400的寬度。換句話說，開口1011、1021、1031及1041可形成為大於例如感測材料400中的暴露區域。開口1011、1021、1031及1041還可形成為具有相同大小及形狀。此外，網孔1051可在較高部分處形成於板1050上。網孔1051可形成為具有氣體移動穿過其中但外來材料不從外面穿透其中的大小。此時，上面形成網孔1051的區域的直徑可小於或等於其下方形成的開口1041。因為開口1011、1021、1031及1041分別形成於所述多個板1010到1040中，因此在頂蓋1000內部形成預定空間，且因此氣體經由網孔1051自由地流動到頂蓋100中，且可防止感測材料400的表面污染以改善回應及靈敏度。
圖7是根據實施例的經修改實例的氣體感測器的組合橫截面圖。
參看圖7，根據經修改實例的氣體感測器更包含在其下方製備的散熱片1100。換句話說，所述氣體感測器可包含：垂直堆疊的多個襯底100(110到140)；多個加熱器200(210、220、230及240)，其以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多個 感測電極300(310、320、330及340)，其與所述多個加熱器200絕緣且以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多種感測材料400(410、420、430及440)，其彼此分開地形成於一個襯底100上以接觸所述多個感測電極300；以及散熱片1100，其在襯底110的底部部分處製備。此外，儘管圖式中未說明，但相對於圖3及圖4描述形成於襯底110的底側的一個襯底150上的底座式加熱器800。
散熱片1100可製備在襯底110的下部部分處用於釋放由加熱器200產生的熱。可通過使用具有預定厚度的多個板(未說明)來形成散熱片1100。所述多個板可通過使用與所述多個襯底100的材料相同的材料來製造，且經製造以具有與所述多個襯底100的厚度相同的厚度。然而，所述多個板可製造地比所述多個襯底100薄或厚。此外，用於釋放熱的至少一個開口1110形成於散熱片1100中。開口1110可對於每一單位氣體感測器形成一個。此外，外部電極圖案1120可形成於預定區域上，包含配置散熱片1100的所述多個板的每一拐角。外部電極圖案1120可通過經形成以暴露於外部而與第一暴露電極500及第三暴露電極900焊接在一起。
此外，儘管圖式中未說明，但可更包含底蓋，其製備於散熱片1100的底部部分處且覆蓋散熱片1100的開口1110。換句話說，當通過使用散熱片1100釋放從加熱器200產生的熱時，可能需要更多的電力供應及時間來加熱氣體感測器。因此，可通過使用散熱片1100釋放氣體感測器的熱但通過使用底蓋限制散熱片1100中的熱來使熱損耗減到最小。
圖8是根據實施例的經修改實例的氣體感測器的組合橫截面圖。
參考圖8，根據經修改實例的氣體感測器更包含製備於其上的頂蓋1000及製備於其下方的散熱片1100。換句話說，根據第三實施例的氣體感測器可包含：垂直堆疊的多個襯底100(110到150)；多個加熱器200(210、220、230及240)，其以預定間隔分開地形成於至少一個襯底100上；多個感測電極300(310、320、330及340)，其在至少一個襯底100上與所述多個加熱器200絕緣且以預定間隔分開地形成；多種感測材料400(410、420、430及440)，其彼此分開地形成於一個襯底100上以接觸所述多個感測電極300；頂蓋1000，其經形成以覆蓋襯底140上的所述多種感測材料400；以及散熱片1100，其製備於襯底110的底部部分上。換句話說，可通過組合關於圖5及圖6描述的實施例與關於圖7描述的經修改實例而實施經修改實例。因此，因為頂蓋1000的形成允許氣體自由地流入頂蓋1000中且防止感測材料400的表面污染，因此可改善回應及靈敏度。此外，散熱片1000的形成允許釋放從氣體感測器產生的熱。
此外，儘管圖式中未展示，但關於圖3及圖4描述的在上面形成有底座式加熱器800的一個襯底150可更包含於襯底110與散熱片1100之間。
此外，實施例及經修改實例是相對於在平面上製備四個單位氣體感測器的情況而描述。換句話說，提供針對其中製備在水平方向及垂直方向上為2×2(即，四個)單位氣體感測器的情況的描述。然而，實施例的氣體感測器可用至少兩個單位氣體感測 器來實施。舉例來說，例如2×1、2×2、2×3、3×3、3×4、4×4及5×5等多個單位氣體感測器可形成一個平面。
根據實施例的感測器裝置包含：多個加熱器，其在不同溫度下加熱且彼此分開地安置在一個襯底上；多個感測電極，其在所述多個加熱器的頂部部分上分開地安置在另一襯底上；以及多個單位氣體感測器，其包含感測不同氣體的多個感測材料且分開地安置以分別接觸所述多個感測電極。換句話說，能夠分別感測多種氣體的多個單位氣體感測器形成於相同襯底上。因此，可同時檢測多種不同氣體，且可改善氣體感測器的可用性。
此外，除分別加熱多個單位氣體感測器的多個加熱器以外，因為可更製備同時加熱多個單位感測器的底座式加熱器且因此可縮短加熱器穩定時間，因此可降低氣體感測器的操作準備時間。此外，可通過縮短加熱器穩定時間來降低加熱器的功率消耗，且可通過分別控制多個加熱器及底座式加熱器來以小的大小實施驅動系統。
儘管已參考特定實施例描述了感測器裝置，但其不限於此。因此，所屬領域的技術人員將容易理解，在不脫離通過所附申請專利範圍所界定的本發明的精神及範圍的情況下，可以對其進行各種修改及變化。
110‧‧‧第一襯底
120‧‧‧第二襯底
130‧‧‧第三襯底
140‧‧‧第四襯底
210‧‧‧加熱器
220‧‧‧加熱器
230‧‧‧加熱器
240‧‧‧加熱器
310‧‧‧感測電極
320‧‧‧感測電極
330‧‧‧感測電極
340‧‧‧感測電極
510a‧‧‧第一暴露電極
510b‧‧‧第一暴露電極
520a‧‧‧第一暴露電極
520b‧‧‧第一暴露電極
530a‧‧‧第一暴露電極
530b‧‧‧第一暴露電極
540a‧‧‧第一暴露電極
540b‧‧‧第一暴露電極
610a‧‧‧第一水平互連件
610b‧‧‧第二水平互連件
620a‧‧‧第一水平互連件
630b‧‧‧第二水平互連件
640b‧‧‧第二水平互連件
650a‧‧‧第一垂直互連件
650b‧‧‧第二垂直互連件
660a‧‧‧第一垂直互連件
660b‧‧‧第二垂直互連件
670a‧‧‧第一垂直互連件
670b‧‧‧第二垂直互連件
680a‧‧‧第一垂直互連件
680b‧‧‧第二垂直互連件
710a‧‧‧第二暴露電極
710b‧‧‧第二暴露電極
720a‧‧‧第二暴露電極
720b‧‧‧第二暴露電極
730a‧‧‧第二暴露電極
730b‧‧‧第二暴露電極
740a‧‧‧第二暴露電極
740b‧‧‧第二暴露電極

Claims (17)

  1. 一種感測器裝置，包括：垂直堆疊的多個襯底；多個加熱器，其形成於至少一個所選襯底上且在水平方向上彼此分開；多個感測電極，其在至少一個所選襯底的形成有所述多個加熱器的頂部部分上形成於所述襯底上且在所述水平方向上分開；多種感測材料，其經配置以分別接觸所述多個感測電極且彼此分開地形成；以及散熱片，其製備於所述襯底的底部部分上，其中所述散熱片是由至少兩個堆疊式陶瓷板形成，且所述陶瓷板中的至少一者中包含開口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的感測器裝置，更包括製備在所述多個加熱器的底部部分上的底座式加熱器。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的感測器裝置，其中所述多個加熱器加熱至少兩個溫度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的感測器裝置，其中所述多個感測電極中的每一者包括至少一個切口部分。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的感測器裝置，其中所述多種感測材料由至少兩種材料形成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的感測器裝置，更包括多個第一暴露電極及第二暴露電極，其經形成以在外部暴露於所述多個襯底上的預定區域且經配置以分別將電力供應到所述多個加熱器及所述多個感測電極。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的感測器裝置，其中所述第一暴露電極及所述第二暴露電極中的至少任一者為其中內埋有導電材料的垂直連接通孔。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的感測器裝置，更包括：多個水平互連件，其從所述第一暴露電極及所述第二暴露電極中的至少任一者起形成於水平方向中；以及多個垂直互連件，其與所述水平互連件垂直地形成以待分別連接到所述多個加熱器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的感測器裝置，其中所述垂直互連件是用形成於所述襯底中的其中內埋有導電材料的孔洞形成。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的感測器裝置，更包括：頂蓋，其製備於所述襯底的所述頂部部分上且經配置以覆蓋所述多種感測材料。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的感測器裝置，其中所述頂蓋是由至少兩個堆疊式陶瓷板或金屬或塑膠形成，且包括形成於其中的開口或網孔中的至少一者。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的感測器裝置，其中更包括製備於所述散熱片的底部部分上的底蓋。
  13. 一種感測器裝置，包括：多個單位氣體感測器，每一氣體感測器包括形成於多個垂直堆疊的襯底中的每一者上以感測至少一種氣體的加熱器、感測電極及感測材料，進一步包括散熱片，其製備於所述襯底的底部部分上，其中所述散熱片是由至少兩個堆疊式陶瓷板形成，且所述陶瓷板中的 至少一者中包含開口，其中所述加熱器、感測電極及感測材料中的每一者水平地安置為多個以感測多個不同受試者。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的感測器裝置，更包括製備在所述襯底的所述底部部分上的底座式加熱器。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述的感測器裝置，其中所述多個加熱器加熱至少兩個溫度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的感測器裝置，其中所述多個感測電極中的每一者包括至少一個切口部分。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的感測器裝置，其中所述多種感測材料由至少兩種材料形成。
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