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原文传递一种集成化气体传感芯片及其制作工艺

专利名称：	一种集成化气体传感芯片及其制作工艺
摘要：	本发明公开了一种集成化气体传感芯片，包括：衬底、气体传感部分和微控制单元；气体传感部分由气体传感器组成，气体传感器包括支撑层、传感电极、热电极、热敏电阻和气体敏感薄膜，传感电极、热电极和热敏电阻位于支撑层上，传感电极、热电极和热敏电阻处于同一层，传感电极上侧覆盖有气体敏感薄膜，气体敏感薄膜由气体敏感物质组成，气体敏感薄膜的覆盖区域大于传感电极的缝隙，并与外界气体相接触；微控制单元包括热量控制单元、数据采集单元和数据运算输出单元，热量控制单元及数据采集单元与数据运算输出单元和气体传感器相互连接；微控制单元与所述气体传感部分集成在衬底上。解决了气体传感芯片制作工艺复杂、成本较高、体积大的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	芯联新(河北雄安)科技有限公司
发明人：	侯崇广;葛晗曦;李晓彤;梁帆;孙昕阳
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-18T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311044176.2
公开号：	CN117030803A
代理机构：	河北标证知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	涂杰
分类号：	G01N27/12;G;G01;G01N;G01N27;G01N27/12
申请人地址：	071800 河北省保定市雄安新区雄县精武路26号(科创中心中试基地)3号102室
主权项：	1.一种集成化气体传感芯片，其特征在于，包括：衬底(3)、气体传感部分(1)和微控制单元(4)；所述气体传感部分(1)由一个或多个气体传感器(2)组成，所述气体传感器(2)包括支撑层(8)、传感电极(10)、热电极(12)、热敏电阻(11)和气体敏感薄膜(9)，所述传感电极(10)、热电极(12)和热敏电阻(11)位于所述支撑层(8)上，所述传感电极(10)、热电极(12)和热敏电阻(11)处于同一层，所述传感电极(10)上侧覆盖有气体敏感薄膜(9)，所述气体敏感薄膜(9)由气体敏感物质组成，所述气体敏感薄膜(9)的覆盖区域大于所述传感电极(10)的缝隙，并与外界气体相接触；所述微控制单元(4)包括热量控制单元(5)、数据采集单元(6)和数据运算输出单元(7)，所述热量控制单元(5)及所述数据采集单元(6)分别与所述数据运算输出单元(7)和气体传感器(2)相互连接；所述微控制单元(4)与所述气体传感部分(1)集成在所述衬底(3)上。 2.根据权利要求1所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述气体传感部分(1)和所述微控制单元(4)嵌于所述衬底(3)表面，所述衬底(3)为长方体形状，由玻璃材料制成，所述气体传感部分(1)和所述微控制单元(4)分别位于所述衬底(3)长边的两侧。 3.根据权利要求2所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述支撑层(8)材料为单晶硅,所述传感电极(10)、热电极(12)和热敏电阻(11)镶嵌在支撑层(8)表面。 4.根据权利要求3所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述传感电极(10)为叉指状电极,所述叉指状电极由PT金属膜或Au金属膜制成。 5.根据权利要求4所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述热敏电阻(11)环绕在所述传感电极(10)外侧，所述热电极(12)环绕在所述热敏电阻(11)外侧，三者保持电气隔离。 6.根据权利要求5所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述述热电极(12)为矩形结构，由TaN材料制成。 7.根据权利要求6所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述热敏电阻(12)为矩形结构，由锰钴金属氧化物材料制成。 8.根据权利要求6所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述气体传感部分(1)中的传感电极(10)、热电极(12)和热敏电阻(11)的两端均设有引线接触点(13),所述的引线接触点（13）与所述微控制单元(4)相连接。 9.根据权利要求1所述的集成化气体传感芯片，其特征在于，所述热量控制单元(5)与所述加热电极(12)和所述热敏电阻(11)组成温度控制系统,保证所述气体传感器（2）工作在适宜温度，所述数据采集单元(6)采集所述气体传感器(2)信息，并提交给所述数据运算输出单元(7)，所述数据运算输出单元(7)内部集成嗅觉识别算法，接收热量控制单元(5)和数据采集单元(6)的信号，经过运算后输出外界气体种类及浓度信息。 10.一种如权利1-9中任一所述的集成化气体传感芯片的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤： S1、取硅片，对其进行清洗和烘干； S2、按所需图像制备透光掩模板，重复经过涂胶、曝光、刻蚀、沉积和去胶步骤后，得到热电极、热敏电阻和传感电极，切割得到不同的气体传感器电路； S3、制备多种气敏材料溶液，在不同气体传感电路的传感电极上铺设不同材料的气体敏感薄膜，得到附有不同气敏材料的气体传感器； S4、在衬底长边两侧腐蚀出空腔，将气体传感器设置在一侧空腔中，将热量控制单元、数据采集单元和数据运算输出单元设置在另一侧空腔中； S5、在气体传感单元和微控制单元之间铺设电路，进行电路连接； S6、进行贴片封装，得到集成化气体敏感芯片。