微加热器和微传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微加热器和微传感器，更具体地，涉及一种微加热器和微传感器，其中形成围绕加热器导线的空气间隙，并且在多孔衬底上形成加热器导线。
【背景技术】
[0002]因为这些时日对于环境问题的关注正在逐渐增加，所以需要研发能够在短时间内获得准确的各种信息的小型传感器。特别在气体传感器的小型化、精度提高和成本降低方面进行了努力，以便于测量相关的气体浓度，从而容易用于舒适的生活空间、有害工业环境管理、食品价格、食品生产处理管理等。
[0003]当前，气体传感器逐渐由包括烧结陶瓷或厚膜的传统结构发展到包括通过采用半导体处理技术实现的微电子机械系统(MEMS)的结构。
[0004]从测量方法方面来看，当前对于气体传感器使用最广泛的技术是在吸收气体入内时测量传感器的感测材料的电性能上的变化。通常使用诸如Sn02的金属氧化物作为感测材料，其优点在于:测量方法相对简单，其中根据目标气体的气体浓度测量导电率的变化。这时，金属氧化物的感测材料被加热到高温，并且其操作期间的测量值中的变化变得更显著，因此，对于气体浓度的快速和精确测量而言，精确的温度控制是必要的。并且，在测量时，通过高温加热强制去除感测材料中已经吸收的残余气体或湿气，感测材料恢复成其原始状态，然后测量气体浓度。因此，气体传感器的温度特性直接影响关键的测量因素，例如，敏感度、恢复时间、响应时间和传感器的类似因素。
[0005]因此，对于有效的加热，能够只局部地和均匀地加热感测材料的微加热器类型是有效的。然而，当利用微型气体传感器测量时，如果对于温度控制需要大的功率消耗，那么即使在传感器和测量电路的体积小的情况下，也需要大电池或大功率源，因此，整个测量系统的尺寸最终将由这些因素决定。因此，为了实现微型气体传感器，首先必须要考虑低功率消耗的结构。
[0006]到目前为止，在制备大部分微型气体传感器时，惯用导热性非常大的的硅衬底，因此，为了降低热损耗，通过使用体微机械加工工艺在传感器结构内部形成蚀刻的凹陷或沟槽而形成与衬底分离的悬浮结构，然后在该结构上顺序形成微加热器、绝缘层、感测材料等，通过这种方法，可以降低部分的热传递损耗。然而，在这种情况下，因为制备方法是基于使用衬底本身的结晶方向性的湿蚀刻工艺，所以对于传感器元件的小型化有限制，此外，由于使用的诸如氢氧化钾(Κ0Η)等的蚀刻剂的物理性能，已经存在与标准CMOS半导体工艺的兼容性的问题。
[0007]前沿技术文献
[0008]专利文献
[0009]韩国专利公开号2009-0064693
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]致力于解决上述问题的本发明的目的在于提供一种具有很小的热容量的微加热器和微传感器。
[0012]解决问题的方案
[0013]为了实现所述目的，本发明的一种微加热器包括:多孔衬底；以及加热器电极，该加热器电极形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中围绕所述加热器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中。
[0014]为了实现本发明的目的，本发明的另一种微加热器包括:多孔衬底；以及加热器电极，该加热器电极形成在所述多孔衬底中并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，支撑所述加热器导线的第一支撑部分和支撑所述加热器电极焊盘的第二支撑部分形成在所述多孔衬底上，并且空气间隙形成在所述第一支撑部分和所述第二支撑部分之间，以及所述第二支撑部分的形状形成为与所述加热器电极焊盘的形状相同或相似。
[0015]所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成；所述第一支撑部分的区域形成为具有比所述加热器导线的区域大的区域；变色保护层形成在所述加热器电极的上侧上；所述变色保护层包括氧化物系材料；所述变色保护层为二氧化硅或氧化铝；焊接金属形成在所述加热器电极焊盘的端部中；以及所述焊接金属可以为金、银和锡中的至少一种。
[0016]为了实现本发明的目的，本发明的一种微传感器包括:多孔衬底；传感器电极，该传感器电极形成在所述多孔衬底中并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及加热器电极，该加热器电极形成在所述多孔衬底上并且包括加热器电极焊盘和加热器导线，该加热器导线连接至所述加热器电极焊盘并且比所述传感器电极焊盘更靠近所述传感器导线布置，其中围绕所述加热器导线和所述传感器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中。
[0017]在上述配置中，所述多孔衬底由氧化铝多孔层形成，并且还可以包括覆盖所述加热器导线和所述传感器导线的感测材料。
[0018]为了实现本发明的目的，本发明的另一种微传感器包括:加热器电极，该加热器电极包括加热器导线和加热器电极焊盘，在所述加热器导线中多个第一突出形成在其端部部分中，以及所述加热器电极焊盘连接至所述加热器导线；传感器电极，其包括传感器导线和传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间，所述传感器电极焊盘连接至所述传感器导线；以及氧化铝多孔层，其支撑加热器电极和所述传感器电极，其中空气间隙通过去除所述氧化铝多孔层的一部分而形成在所述加热器电极焊盘和所述传感器电极焊盘之间。
[0019]所述氧化铝多孔层包括支撑所述加热器导线和所述传感器导线的第一支撑部分，其中所述空气间隙可以形成在所述第一支撑部分的外部。
[0020]所述氧化铝多孔层可以包括:第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘，并形成为与所述加热器电极焊盘的轮廓相同但宽度比所述加热器电极焊盘的宽度更宽；以及传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘，并形成为具有所述传感器电极焊盘的轮廓相同但是宽度比所述传感器电极焊盘的宽度更宽。
[0021]感测材料附加地形成在与所述第一支撑部分对应的位置中；所述感测材料通过印刷形成；形成所述加热器电极焊盘中的至少两个；变色保护层形成在所述加热器电极或者所述传感器电极的上侧上；所述变色保护层包括氧化物系材料；所述变色保护层为二氧化硅或者氧化铝；焊接金属形成在所述加热器电极焊盘或者所述传感器电极焊盘的端部中；以及所述焊接金属可以为金、银和锡中的至少一种。
[0022]此外，空气间隙形成为围绕第一支撑部分。
[0023]为了实现本发明的目的，本发明的另一种微传感器包括:多孔衬底；传感器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及加热器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，所述多孔衬底包括:传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘；以及加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘，其中，空气间隙形成在所述加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件之间。
[0024]为了实现本发明的目的，本发明的再一种微传感器包括:多孔衬底；传感器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括传感器导线以及连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；加热器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，所述多孔衬底包括:第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述加热器电极焊盘；以及传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘，其中，通过去除除了所述第一支撑部分、所述加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件之外的区域而形成空气间隙。
[0025]为了实现本发明的目的，本发明的又一种微传感器包括:加热器电极，其包括加热器导线以及第一加热器电极焊盘和第二加热器电极焊盘，在加热器导线中多个第一突出形成在在加热器导线的端部部分中，并且所述第一加热器电极焊盘和所述第二加热器电极焊盘连接至所述加热器导线的两侧；传感器电极，其包括传感器导线和传感器电极焊盘，在所述传感器导线中多个第二突出布置在所述第一突出之间，所述传感器电极焊盘连接至所述传感器导线；以及多孔衬底，其支撑所述加热器电极和所述传感器电极，其中，所述多孔衬底包括:第一支撑部分，其支撑所述加热器导线和所述传感器导线；第一加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述第一加热器电极焊盘；第二加热器电极焊盘支撑件，其支撑所述第二加热器电极焊盘；传感器电极焊盘支撑件，其支撑所述传感器电极焊盘；以及空气间隙，其形成在所述第一支撑部分的外侧。
[0026]所述第一加热器电极焊盘支撑件、所述第二加热器电极焊盘支撑件和所述传感器电极焊盘支撑件中的至少一部分通过所述空气间隙彼此分离。
[0027]为了实现本发明的目的，本发明的一种微加热器包括:多孔衬底；以及加热器电极，其形成在所述多孔衬底上并且包括加热器导线和连接至所述加热器导线的加热器电极焊盘，其中，围绕所述加热器导线的空气间隙形成所述所述多孔衬底中；以及开口，其布置在所述加热器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通，该开口形成在所所述多孔衬底的下部部分中。
[0028]所述多孔衬底可以由氧化铝形成；多个孔在所述多孔衬底中沿着垂直方向穿透地形成；并且所述孔能够与所述开口连通；
[0029]为了实现本发明的目的，本发明的一种微传感器包括:多孔衬底；传感器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括传感器导线和连接至所述传感器导线的传感器电极焊盘；以及加热器电极，其形成在所述多孔衬底上，并且包括加热器电极焊盘和加热器导线，所述加热器导线连接至所述加热器电极焊盘并且比所述传感器电极焊盘更靠近所述传感器导线布置，其中围绕所述加热器导线和所述传感器导线的空气间隙形成在所述多孔衬底中；以及开口，其布置在所述加热器导线的下部部分中并且与所述空气间隙连通，所述开口形成在所述多孔衬底的下部部分中。
[0030]感测材料可以以覆盖所述加热器导线和所述传感器导线的方式形成在所述多孔衬底中。
[0031]为了实现本发明的目的，本发明的一种制备微加热器的方法包括以下步骤:在多孔衬底中形成加热器电极，开口形成在在所述多孔衬底的下部部分