[發(fā)明專利]一種機械密封式微型熱導檢測器

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• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109507230A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設計）人: 夏國棟;賀鑫;馬丹丹;王佳豪
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N30/66
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種機械密封式微型熱導檢測器，屬于微電子機械系統(tǒng)領域。通過中心開槽的有機玻璃蓋板與有機玻璃底座的螺栓固接，將位于其間的硅膠墊片、玻璃片、橡膠密封圈、硅基底壓緊整合形成熱導檢測器的氣體通路及微型熱導池，并通過背部空氣腔、大小橡膠圈形成的空氣腔、懸空薄層氮化硅支撐層的設計最大化減小熱敏電阻熱損。同時，單一熱導池中熱敏電阻梳狀結構的交錯布置方式保證了電橋對角臂熱敏電阻溫度一致；螺栓連接密封規(guī)避了高溫高壓鍵合過程。從而使微型熱導檢測器設計在具有低功耗、高精度性能的基礎上，簡化了加工工藝，提高了穩(wěn)定性及堅固性，有效節(jié)約了加工成本，提高了經(jīng)濟效益。

技術領域

本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)領域，具體是一種機械密封式微型熱導檢測器的設計，可廣泛應用于各種二元及多元混合氣的分析。

背景技術

熱導檢測器作為獨立的傳感器元件或氣相色譜儀尾端檢測器被廣泛應用于氣體分析領域，其利用不同氣體熱導率的差異，使不同體積分數(shù)的混合氣通過熱導檢測器的熱敏電阻，根據(jù)熱敏電阻達到的穩(wěn)態(tài)溫度不同實現(xiàn)對混合氣體積分數(shù)的檢測。熱導檢測器裝置簡單、價格便宜，并且其對幾乎所有氣體都有響應，因此被作為一種通用型檢測器而廣泛應用。

熱導檢測法是最早應用于氣體檢測的一種方法，但傳統(tǒng)熱導檢測器檢測靈敏度低、誤差大，裝置體積、重量大，其應用范圍受到了一定的限制。隨著微機電系統(tǒng)即MEMS(Micro-electro-mechanical-system)技術的發(fā)展，集成化、微型化、低功耗的熱導檢測器的設計加工得以實現(xiàn)，同時在測量靈敏度、精度方面有了明顯提高，非常有效的發(fā)揮了熱導檢測器濃度型傳感器的優(yōu)勢。不過，在目前已有的熱導檢測器設計方案中，仍然存在一些問題：

1、目前的微型熱導檢測器設計中，對于微加工的工藝復雜性考慮不足，設計較為理想化，尤其對于工藝加工中涉及到的鍵合步驟沒有較好的解決辦法，已有方案中絕大多數(shù)會在鍵合步驟之前將鍵合面的絕緣層等去除進行鍵合，但電極引線依然沒有好的處理辦法，需要多步驟的光刻及刻蝕工藝去解決，使得成本迅速上升，經(jīng)濟性較差。

2、目前的微型熱導檢測器設計中，將其作為一種輔助檢測器使用較多，而若將其作為獨立的氣體傳感器使用，則其穩(wěn)定性及堅固性則略顯不足，較易損壞，尤其一些懸臂梁的設計在得到有限的靈敏度提升的情況下，卻極大增加了工藝復雜性和易損壞性。此外，以往設計中單個熱導池中的2個熱敏電阻均依次布置在氣流流向的上下游，使得2個熱敏電阻散熱量出現(xiàn)差異，難以保證溫度一致性，影響測量精度。

因此，如何利用微加工的優(yōu)勢，在實現(xiàn)熱導檢測器微型化、低功耗及高靈敏度的同時，盡量簡化其加工工藝、節(jié)約成本并實現(xiàn)更強的穩(wěn)定性及堅固性，應該作為本領域研究人員解決或優(yōu)化的關鍵技術問題。

發(fā)明內容

鑒于上述所提到的問題，本發(fā)明提出了一種機械密封形式微型熱導檢測器設計，目的在于在實現(xiàn)微加工帶來的器件微型化、低功耗及高靈敏度的同時，結合傳統(tǒng)機械密封的形式，簡化其加工工藝，提高器件的穩(wěn)定性、堅固性及其它有益效果。本發(fā)明的具體技術方案如下：

一種機械密封式微型熱導檢測器，其特征在于，包括：最上端的有機玻璃蓋板(1)、最下端的有機玻璃底座(6)、中間的硅基底(15)，還包括大橡膠密封圈(21)、小橡膠密封圈(20)、上硅膠墊片(10)、下硅膠墊片(14)、上玻璃片(11)、下玻璃片(13)，通過有機玻璃蓋板與有機玻璃底座的螺栓固接形成機械密封，完成檢測器制作。