[发明专利]一种机械密封式微型热导检测器

说明书

一种机械密封式微型热导检测器，属于微电子机械系统领域。通过中心开槽的有机玻璃盖板与有机玻璃底座的螺栓固接，将位于其间的硅胶垫片、玻璃片、橡胶密封圈、硅基底压紧整合形成热导检测器的气体通路及微型热导池，并通过背部空气腔、大小橡胶圈形成的空气腔、悬空薄层氮化硅支撑层的设计最大化减小热敏电阻热损。同时，单一热导池中热敏电阻梳状结构的交错布置方式保证了电桥对角臂热敏电阻温度一致；螺栓连接密封规避了高温高压键合过程。从而使微型热导检测器设计在具有低功耗、高精度性能的基础上，简化了加工工艺，提高了稳定性及坚固性，有效节约了加工成本，提高了经济效益。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统领域，具体是一种机械密封式微型热导检测器的设计，可广泛应用于各种二元及多元混合气的分析。

背景技术

热导检测器作为独立的传感器元件或气相色谱仪尾端检测器被广泛应用于气体分析领域，其利用不同气体热导率的差异，使不同体积分数的混合气通过热导检测器的热敏电阻，根据热敏电阻达到的稳态温度不同实现对混合气体积分数的检测。热导检测器装置简单、价格便宜，并且其对几乎所有气体都有响应，因此被作为一种通用型检测器而广泛应用。

热导检测法是最早应用于气体检测的一种方法，但传统热导检测器检测灵敏度低、误差大，装置体积、重量大，其应用范围受到了一定的限制。随着微机电系统即MEMS(Micro-electro-mechanical-system)技术的发展，集成化、微型化、低功耗的热导检测器的设计加工得以实现，同时在测量灵敏度、精度方面有了明显提高，非常有效的发挥了热导检测器浓度型传感器的优势。不过，在目前已有的热导检测器设计方案中，仍然存在一些问题：

1、目前的微型热导检测器设计中，对于微加工的工艺复杂性考虑不足，设计较为理想化，尤其对于工艺加工中涉及到的键合步骤没有较好的解决办法，已有方案中绝大多数会在键合步骤之前将键合面的绝缘层等去除进行键合，但电极引线依然没有好的处理办法，需要多步骤的光刻及刻蚀工艺去解决，使得成本迅速上升，经济性较差。

2、目前的微型热导检测器设计中，将其作为一种辅助检测器使用较多，而若将其作为独立的气体传感器使用，则其稳定性及坚固性则略显不足，较易损坏，尤其一些悬臂梁的设计在得到有限的灵敏度提升的情况下，却极大增加了工艺复杂性和易损坏性。此外，以往设计中单个热导池中的2个热敏电阻均依次布置在气流流向的上下游，使得2个热敏电阻散热量出现差异，难以保证温度一致性，影响测量精度。

因此，如何利用微加工的优势，在实现热导检测器微型化、低功耗及高灵敏度的同时，尽量简化其加工工艺、节约成本并实现更强的稳定性及坚固性，应该作为本领域研究人员解决或优化的关键技术问题。

发明内容

鉴于上述所提到的问题，本发明提出了一种机械密封形式微型热导检测器设计，目的在于在实现微加工带来的器件微型化、低功耗及高灵敏度的同时，结合传统机械密封的形式，简化其加工工艺，提高器件的稳定性、坚固性及其它有益效果。本发明的具体技术方案如下：

一种机械密封式微型热导检测器，其特征在于，包括：最上端的有机玻璃盖板(1)、最下端的有机玻璃底座(6)、中间的硅基底(15)，还包括大橡胶密封圈(21)、小橡胶密封圈(20)、上硅胶垫片(10)、下硅胶垫片(14)、上玻璃片(11)、下玻璃片(13)，通过有机玻璃盖板与有机玻璃底座的螺栓固接形成机械密封，完成检测器制作。