[发明专利]一种平面气体传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，更具体地说，涉及一种平面气体传感器及其制作方法。

背景技术

气体检测技术在国民经济中占有重要地位，目前检测气体的方法和手段很多，主要包括电化学法、气象色谱法、导热法、红外吸收法、接触燃烧法、半导体气体传感器检测法，但是从材料的应用范围、普及程度以及实用性来看，半导体气体传感器检测法是应用最为广泛的。半导体气体传感器包括电阻式半导体气体传感器和非电阻式半导体气体传感器，其中电阻式半导体气体传感器是利用其阻值变化来检测气体浓度的。

电阻型半导体气体传感器是在一定条件(温度)下，被测气体到达半导体表面并与敏感材料相互作用，在此过程中伴随着电荷的转移，进一步引起半导体电阻的变化，通过测量半导体电阻的变化实现对气体浓度的检测。由于其结构和制作工艺简单，成本低廉，综合性能优良，因此电阻型金属氧化物半导体气体传感器在气体传感器领域中应用最为广泛。电阻型半导体气体传感器的气敏材料为金属氧化物，气敏材料的最佳工作温度较高，一般为300℃，因此一般采用陶瓷管芯的旁热式结构。但是，由于陶瓷管芯自身结构的限制，导致气敏元件无法向小型化和低功耗方向发展。另外，材料和成型工艺的非均匀性还会给产品带来性能参数的分散，产品的一致性和互换性差。

目前，解决上述问题的主要方式是日本费加罗报道的，在陶瓷基片两侧分别制作加热层和气敏层，通过通孔将一侧的电极引到另一侧，在基片同一侧实现气敏元件的绑定。这种方式由于需要在陶瓷基片上制作通孔，并且穿引电极，因此在工艺实现上比较困难。如果是以MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)技术制备平面结构半导体气敏元件，气敏元件在高温时的稳定性和可靠性问题需要解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种平面气体传感器及其制作方法，以在保证高温时的稳定性和可靠性的前提下，简化气敏元件的结构和制作工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种平面气体传感器，包括壳体和位于所述壳体内的平面结构的气敏元件；

所述气敏元件具体包括：基片以及依次设置在所述基片正面的加热电阻层和气敏层，所述加热电阻层和气敏层通过绝缘介质层隔离。

优选的，在上述平面气体传感器中，所述基片的背面设有隔热层。

优选的，在上述平面气体传感器中，所述基片为96％氧化铝陶瓷基片。

优选的，在上述平面气体传感器中，所述隔热层的厚度为20～30μm，所述绝缘介质层的厚度为15～20μm，所述气敏层的厚度为50～100μm。

优选的，在上述平面气体传感器中，所述绝缘介质层为玻璃介质浆料、陶瓷介质浆料中的一种或二者的混合。

优选的，在上述平面气体传感器中，所述加热电阻层为二氧化钌。

一种平面气体传感器的制作方法，包括步骤：

丝网印刷加热用平行带状金电极；

丝网印刷加热电阻层；

在加热电阻层上套印加热电极；

在加热电阻层上丝网印刷绝缘介质层；

在绝缘介质层上丝网印刷气敏层检测电极；

在绝缘介质层上丝网印刷气敏层，形成气敏元件；

将所述气敏元件焊接到管座上，封装处理，形成平面气体传感器。

优选的，在上述平面气体传感器的制作方法中，在将气敏元件焊接到管座上之前，还包括步骤：

丝网印刷基片背面的隔热层。

优选的，在上述平面气体传感器的制作方法中，在丝网印刷任意一个功能层或电极后均需要对相应的功能层或电极进行烧结处理。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的平面气体传感器通将气敏元件的核心结构层，即加热电阻层和气敏层置于基片的同一侧，因此，便于实现外部绑定。而且由于将加热电阻层和气敏层置于基片的同一侧，因此无需制作通孔将电极引到同一侧，所以气敏元件的制作工艺难度将大大降低。

本发明提供的平面气体传感器的制作方法通过采用丝网印刷工艺制作气敏元件，产品性能参数的一致性和互换性大大提高。而且将加热电阻层和气敏层印刷在基片的同一侧，因此无需制作通孔将电极引到同一侧，所以气敏元件的制作工艺难度将大大降低。

通过对本发明提供的平面气体传感器的长期气敏性能考察，表明此结构元件与同类型平面气体传感器具有同等的灵敏度，而且元件工作性能稳定可靠。

附图说明