MEMS半导体气体传感器

企业名称:郑州炜盛电子科技有限公司

产品概况：
MEMS 可燃气体传感器利用MEMS工艺在Si基衬底上制作微热板，所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的金属氧化物半导体材料。当传感器所处存在气体环境中时，传感器的电导率随空气中被检测气体的浓度而发生改变。该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
关键技术指标：
MEMS半导体气体传感器与传统半导体气体传感器相比，在尺寸、功耗、响应时间、电路应用集成化方面优势明显。主要参数对比如下：
基于MEMS硅基微热板的半导体气体传感器 传统半导体气体传感器
尺寸 可达微米级 毫米级
功耗 功耗小于80mw，甚至10mw以下 功耗大于600mw
响应时间 小于1s 小于10s
集成化 可集成多种传感器阵列、集成电路 难以集成
主要创新点如下：
（1）结构升级
传统的管式、片式半导体气体传感器是在陶瓷衬底上涂敷或印刷电极材料制成管芯，封装在胶木或金属管壳中呈悬挂式结构，元件为插件式使用，客户在使用时多数为手工插件焊接；而MEMS传感器在硅片上生长膜层、溅射加工电极、刻蚀之后，加工成气敏芯片，再通过封装成SMD表贴式元件，客户在使用时可采用SMT贴片工艺焊接，大大提高了生产效率，更有利于降低成本，市场规模的扩大。
（2）研究掌握MEMS工艺，搭建平台
半导体气体传感器需要加热条件下才能工作，在微小尺寸的片子上保证芯片核心区域温度能够瞬间达到200-300℃，对于硅工艺的加工要求相对较高。对于硅片的设计需要考虑，膜层的稳定性、膜层的应力释放、膜层之间的膨胀速率匹配，通过设计结构、工艺条件控制等等各因素的匹配，经过测试分析和实验验证，完全采用 MEMS工艺制作可用于气体传感器的硅基微热板。保证制成高精度、尺寸小、高灵敏度的MEMS半导体气体传感器，为MEMS气体传感器的批量化复制以及MEMS气体传感器种类的扩展延伸提供稳定可靠的加工平台。
（3）加工制造模式创新
半导体气体传感器制造全部由炜盛自主生产管控。但MEMS工艺设备的投资巨大，且加工技术灵活多样，对设备、厂房、工艺设计、加工操作、各项检验精度等要求较高，炜盛科技不具备加工平台，综合考虑各种因素，需要采用新的模式、整合各相关资源进行加工制造。在与外部合作的模式下逐步开展工作，克服各环节之间的屏障和困难，与多方进行沟通合作，最终选取最优模式进行批量生产。

产品创新点：
MEMS半导体气体传感器与传统半导体气体传感器相比，在尺寸、功耗、响应时间、电路应用集成化方面优势明显。主要参数对比如下：
基于MEMS硅基微热板的半导体气体传感器 传统半导体气体传感器
尺寸     可达微米级                             毫米级
功耗 功耗小于80mw，甚至10mw以下              功耗大于600mw
响应时间      小于1s                                小于10s
集成化   可集成多种传感器阵列、集成电路               难以集成
主要创新点如下：
（1）结构升级
传统的管式、片式半导体气体传感器是在陶瓷衬底上涂敷或印刷电极材料制成管芯，封装在胶木或金属管壳中呈悬挂式结构，元件为插件式使用，客户在使用时多数为手工插件焊接；而MEMS传感器在硅片上生长膜层、溅射加工电极、刻蚀之后，加工成气敏芯片，再通过封装成SMD表贴式元件，客户在使用时可采用SMT贴片工艺焊接，大大提高了生产效率，更有利于降低成本，市场规模的扩大。
（2）研究掌握MEMS工艺，搭建平台
半导体气体传感器需要加热条件下才能工作，在微小尺寸的片子上保证芯片核心区域温度能够瞬间达到200-300℃，对于硅工艺的加工要求相对较高。对于硅片的设计需要考虑，膜层的稳定性、膜层的应力释放、膜层之间的膨胀速率匹配，通过设计结构、工艺条件控制等等各因素的匹配，经过测试分析和实验验证，完全采用 MEMS工艺制作可用于气体传感器的硅基微热板。保证制成高精度、尺寸小、高灵敏度的MEMS半导体气体传感器，为MEMS气体传感器的批量化复制以及MEMS气体传感器种类的扩展延伸提供稳定可靠的加工平台。
（3）加工制造模式创新
半导体气体传感器制造全部由炜盛自主生产管控。但MEMS工艺设备的投资巨大，且加工技术灵活多样，对设备、厂房、工艺设计、加工操作、各项检验精度等要求较高，炜盛科技不具备加工平台，综合考虑各种因素，需要采用新的模式、整合各相关资源进行加工制造。在与外部合作的模式下逐步开展工作，克服各环节之间的屏障和困难，与多方进行沟通合作，最终选取最优模式进行批量生产。

国内外市场推广情况：
近两年，国内外的MEMS产业发展迅猛，产业界内人士都非常看好基于MEMS技术的化学/气体传感器，一致认同将成为未来的“明星”产品。本项目即是为满足当前物联网技术发展的要求，基于微机电系统技术（MEMS技术）的多种优点开发制作新一代低功耗的MEMS气体传感器，有别于传统半导体气体传感器，不仅尺寸小，重量轻，而且功耗也非常低，成本会更低，新的产品技术打破了传统气体传感器的应用格局，未来在汽车电子、智能手机和可穿戴设备领域都将广泛采用，甚至会改变原有传统气体传感器的应用模式。