專利名稱：平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器敏感材料的涂覆方法，特別涉及一種平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法。
背景技術(shù)：
微型化、一致性好、可靠性好、批量生產(chǎn)是目前氣體傳感器的發(fā)展所趨。傳統(tǒng)氣體傳感器為陶瓷管結(jié)構(gòu)的管芯，手工制作而成，有兩個(gè)缺點(diǎn)一是敏感電極用金漿手工描制而成，一致性差，不適合大批量生產(chǎn)。二是加熱方式是通過陶瓷管間接加熱，熱量利用率低、體積大、元件加熱功耗高，不適合便攜式儀表及樓宇智能控制弱電系統(tǒng)的要求。平面式氣體傳感器也有探索，一般分為兩種一種是平面厚膜元件，利用絲網(wǎng)印刷方法在陶瓷平面襯底上印制加熱絲、信號電極，成膜方式也是絲網(wǎng)印刷，此法解決了管芯電極的一致性問題，但由于絲網(wǎng)制版技術(shù)局限，管芯面積仍較大，功耗高的問題仍然沒有解決；另一種是半導(dǎo)體工藝技術(shù)制造的濺射薄膜元件，此法在解決了管芯電極的一致性問題的同時(shí)縮小了管芯的面積，大大提高了元件的一致性，降低了元件功耗，但其成膜方式為濺射成膜，制得的敏感膜組分不易控制，且對氣體的靈敏度太低，最重要的是穩(wěn)定性差、難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種在氣體傳感器的微小平面管芯上涂覆敏感薄膜的方法，分別對敏感材料和襯底進(jìn)行處理后，利用微量控制成膜技術(shù)在半導(dǎo)體工藝制備的襯底上涂覆敏感薄膜，從而能夠?qū)崿F(xiàn)加熱功耗低、一致性好的平面式氣體傳感器的批量生產(chǎn)。
本發(fā)明提供的平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法包括如下步驟1、處理敏感材料將無機(jī)粉體敏感材料與有機(jī)溶劑混合均勻，制成漿料；進(jìn)一步地，為使敏感漿料可以順暢地通過點(diǎn)膠機(jī)料桶的出料口，還可以將敏感漿料研磨至一定的顆粒度；最后，成膜之前將上述敏感漿料在負(fù)壓下放置一段時(shí)間，以去除漿料中的氣泡。
其中，所述的有機(jī)溶劑可以是酞箐銅、聚乙烯醇、醋酸纖維素和聚乙二醇中的任一種的乙醇溶液，其作用是增加敏感材料的料餅強(qiáng)度及其與管芯表面的粘附能力。
其中，所述的無機(jī)粉體敏感材料可以是金屬氧化物或其他無機(jī)粉體材料。
進(jìn)一步地，所述的金屬氧化物和其他無機(jī)粉體材料選自ZnO、SnO2、TiO2、WO3、Fe2O3、Al2O3、CuO、ThO3、Sb2O3、MgO、La2O3、Sm2O3、In2O3、LnBO3、CaO、PdO、Y2O3、AgO、V2O5、CeO2、Co2O3、NiO、CoTiO3、MnO2、SiO2、Cr2O3、BaTiO3、CdIn2O4、Ga2O3。
2、襯底的活化預(yù)處理包括如下步驟1)、將半導(dǎo)體工藝制備的襯底置于濃度為0.02mol/l至0.1mol/l的過渡金屬氯化物溶液中浸泡10至60秒鐘；2)、將浸泡過的襯底用壓縮空氣吹干；3)、將吹干的襯底置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在200℃至500℃溫度范圍內(nèi)恒溫退火20至60分鐘。
其中，所述的過渡金屬氯化物選自PtCl6、H2PtCl6、HAuCl5、H2PdCl6、SnCl4、SnCl2。
采用過渡金屬氯化物作為表面活性劑對襯底進(jìn)行處理的優(yōu)點(diǎn)在于，此類活性劑與襯底和敏感材料都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且對襯底的浸潤性好，能與漿料互溶。
3、涂料利用微量點(diǎn)膠機(jī)涂覆薄膜，X方向?yàn)榛瑒臃较颍鏖y氣壓為0.5至5Kg；畫完敏感膜后，襯底放置在相對濕度在40％以上的空氣中自然晾干。
其中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，在襯底自然晾干的過程中，如果空氣的濕度小于40％，則容易導(dǎo)致敏感薄膜破裂。
在上述步驟中，處理敏感材料的步驟和襯底的活化預(yù)處理步驟可分別或同時(shí)進(jìn)行，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的方法。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于通過分別對襯底的活化預(yù)處理以及對敏感材料的處理，使襯底和敏感材料能夠緊密結(jié)合，在保證一定靈敏度和穩(wěn)定性的前提下，有利于實(shí)現(xiàn)加熱功耗低、一致性好的平面式氣體傳感器的批量生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明所提供的方法。
實(shí)施例一
1、處理敏感材料1)、將SnO2研磨至直徑為5微米的粉體；2)、聚乙烯醇配置成0.1g/ml的乙醇溶液；3)、將SnO2粉體與聚乙烯醇的乙醇溶液混合均勻，制成敏感漿料；4)、敏感漿料用球磨機(jī)研磨8小時(shí)，100轉(zhuǎn)/分鐘；5)、研磨好的敏感漿料在負(fù)壓下放置5分鐘。
2、襯底的活化預(yù)處理1)、襯底先后放入無水乙醇和去離子水中，用超聲波清洗干凈；2)、壓縮空氣將襯底吹干；3)、將襯底放入濃度為0.02mol/l的H2PtCl6的硝酸溶液中浸泡20秒鐘，H2PtCl6與硝酸摩爾比為1∶6；4)、用壓縮空氣將襯底吹干；5)、襯底在氮?dú)獗Ｗo(hù)下300℃高溫退火20分鐘。
3、涂料1)、調(diào)平微量點(diǎn)膠機(jī)工作臺，將襯底定位在工作臺合適的位置；2)、在點(diǎn)膠機(jī)控制電腦上設(shè)置所需的程序，調(diào)整襯底的x、y方向，使出料口對準(zhǔn)管芯上正確位置；3)、將敏感漿料注入料筒，打開氣壓控制主閥，使主閥氣壓達(dá)到2.0Kg；4)、運(yùn)行控制程序，在襯底上涂覆敏感薄膜；5)、畫完敏感膜的襯底取下，放置在相對濕度為40％的空氣中自然晾干。
實(shí)施例二1、襯底的活化預(yù)處理1)、襯底先后放入無水乙醇和去離子水中，用超聲波清洗干凈；2)、壓縮空氣將襯底吹干；3)、將襯底放入濃度為0.05mol/l的H2PtCl6的硝酸溶液中浸泡10秒鐘，H2PtCl6與硝酸摩爾比為1∶6；4)、用壓縮空氣將襯底吹干；5)、襯底在氮?dú)獗Ｗo(hù)下300℃高溫退火40分鐘。
2、涂料1)、調(diào)平微量點(diǎn)膠機(jī)工作臺，將襯底定位在工作臺合適的位置；
2)、在點(diǎn)膠機(jī)控制電腦上設(shè)置所需的程序，調(diào)整襯底的x、y方向，使出料口對準(zhǔn)管芯上正確位置；3)、將敏感漿料注入料筒，打開氣壓控制主閥，使主閥氣壓達(dá)到0.5Kg；4)、運(yùn)行控制程序，在襯底上涂覆敏感薄膜；5)、畫完敏感膜的襯底取下，放置在相對濕度為40％的空氣自然晾干。
實(shí)施例三1、處理敏感漿料1)、將TiO2研磨至直徑為5微米的粉體；2)、聚乙烯醇配置成1g/ml的乙醇溶液；3)、將TiO2粉體與聚乙烯醇的乙醇溶液混合均勻，制成敏感漿料；4)、敏感漿料用球磨機(jī)研磨8小時(shí)，300轉(zhuǎn)/分鐘；5)、研磨好的敏感漿料在負(fù)壓下放置20分鐘。
2、涂料1)、調(diào)平微量點(diǎn)膠機(jī)工作臺，將襯底定位在工作臺合適的位置；2)、在點(diǎn)膠機(jī)控制電腦上設(shè)置所需的程序，調(diào)整襯底的x、y方向，使出料口對準(zhǔn)管芯上正確位置；3)、將敏感漿料注入料筒，打開氣壓控制主閥，使主閥氣壓達(dá)到5.0Kg；4)、運(yùn)行控制程序，在襯底上涂覆敏感薄膜；5)、畫完敏感膜的襯底取下，置于相對濕度為40％的空氣中自然晾干。
實(shí)施例四1、襯底的活化預(yù)處理1)、襯底先后放入無水乙醇和去離子水中，用超聲波清洗干凈；2)、壓縮空氣將襯底吹干；3)、將襯底放入濃度為0.05mol/l的SnCl2的硝酸溶液中浸泡10秒鐘，SnCl2與硝酸摩爾比為1∶6；4)、用壓縮空氣將襯底吹干；5)、將襯底放入濃度為0.05mol/l的溶液中浸泡30秒鐘；6)、壓縮空氣將襯底吹干；7)、襯底在氮?dú)獗Ｗo(hù)下300℃高溫退火40分鐘。
2、處理敏感材料1)、將ZnO研磨至直徑為2.5微米的粉體；2)、聚乙烯醇配置成0.5g/ml的乙醇溶液；3)、將ZnO粉體與聚乙烯醇的乙醇溶液混合均勻，制成敏感漿料；4)、敏感漿料用球磨機(jī)研磨8小時(shí)，200轉(zhuǎn)/分鐘；5)、研磨好的敏感漿料在負(fù)壓下放置10分鐘。
3、涂料1)、調(diào)平微量點(diǎn)膠機(jī)工作臺，將襯底定位在工作臺合適的位置；2)、在點(diǎn)膠機(jī)控制電腦上設(shè)置所需的程序，調(diào)整襯底的x、y方向，使出料口對準(zhǔn)管芯上正確位置；3)、將敏感漿料注入料筒，打開氣壓控制主閥，使主閥氣壓達(dá)到5.0Kg；4)、運(yùn)行控制程序，在襯底上涂覆敏感薄膜；5)、畫完敏感膜的襯底取下，放置在相對濕度為40％的空氣中自然晾干。
以上通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)以人員應(yīng)當(dāng)理解，在不超出本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出一定的修改和變形，仍然可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法，包括如下步驟1)處理敏感材料將無機(jī)粉體敏感材料研磨至顆粒直徑為0.5至5微米的粉體，與有機(jī)溶劑混合均勻，制成敏感漿料；2)涂料利用微量點(diǎn)膠機(jī)涂覆薄膜，將敏感漿料涂覆在襯底上；其中，所述的有機(jī)溶劑可以是酞箐銅、聚乙烯醇、醋酸纖維素和聚乙二醇中的任一種的乙醇溶液；其中，所述的無機(jī)粉體敏感材料選自ZnO、SnO2、TiO2、WO3、Fe2O3、Al2O3、CuO、ThO3、Sb2O3、MgO、La2O3、Sm2O3、In2O3、LnBO3、CaO、PdO、Y2O3、AgO、V2O5、CeO2、Co2O3、NiO、CoTiO3、MnO2、SiO2、Cr2O3、BaTiO3、CdIn2O4、Ga2O3。
2.如權(quán)利要求1的一種平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法，其特征在于，所述的步驟1)還包括以下步驟研磨敏感漿料，然后在負(fù)壓下放置5至10分鐘。
3.一種平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法，包括如下步驟1)襯底的活化預(yù)處理襯底置于濃度為0.02mol/l至0.1mol/l的過渡金屬氯化物溶液中浸泡10至60秒鐘；將浸泡過的襯底用壓縮空氣吹干；將吹干的襯底置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在200℃至500℃溫度范圍內(nèi)恒溫退火20至60分鐘；2)涂料利用微量點(diǎn)膠機(jī)涂覆薄膜，將敏感漿料涂覆在襯底上；其中，所述的過渡金屬氯化物選自PtCl6、H2PtCl6、HAuCl5、H2PdCl6、SnCl4、SnCl2。
4.如權(quán)利要求3的一種平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法，其特征在于，步驟1)還包括在用過渡金屬氯化物溶液浸泡襯底之前，先將襯底先后放入無水乙醇和去離子水中，用超聲波清洗干凈，然后吹干。
5.如權(quán)利要求3或4的平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法，其特征在于，還包括處理敏感材料的步驟將無機(jī)粉體敏感材料研磨至顆粒直徑為0.5至5微米的粉體，與有機(jī)溶劑混合均勻，制成敏感漿料；其中，所述的有機(jī)溶劑可以是酞箐銅、聚乙烯醇、醋酸纖維素和聚乙二醇中的任一種的乙醇溶液；其中，所述的無機(jī)粉體敏感材料選自ZnO、SnO2、TiO2、WO3、Fe2O3、Al2O3、CuO、ThO3、Sb2O3、MgO、La2O3、Sm2O3、In2O3、LnBO3、CaO、PdO、Y2O3、AgO、V2O5、CeO2、Co2O3、NiO、CoTiO3、MnO2、SiO2、Cr2O3、BaTiO3、CdIn2O4、Ga2O3。
6.如權(quán)利要求5的一種平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法，其特征在于，所述的處理敏感材料的步驟還包括以下步驟研磨敏感漿料，然后在負(fù)壓下放置5至10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種平面式氣體傳感器襯底上敏感材料的涂覆方法，包括如下步驟1)處理敏感材料將無機(jī)粉體敏感材料研磨至顆粒直徑為0.5至5微米的粉體，與有機(jī)溶劑混合均勻，制成敏感漿料；2)襯底的活化預(yù)處理襯底置于濃度為0.02mol/l至0.1mol/l的過渡金屬氯化物溶液中浸泡10至60秒鐘；將浸泡過的襯底用壓縮空氣吹干；將吹干的襯底置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在200℃至500℃溫度范圍內(nèi)恒溫退火20至60分鐘；3)涂料利用微量點(diǎn)膠機(jī)涂覆薄膜，將敏感漿料涂覆在襯底上。其中，步驟1)和2)可以分別進(jìn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的方法。
文檔編號B05D7/24GK1657185SQ20051001146
公開日2005年8月24日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者孔祥霞, 董漢鵬, 張威 申請人:北京青鳥元芯微系統(tǒng)科技有限責(zé)任公司