ES2978368T3 - Dado de SMEM con estructuras sensibles - Google Patents
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Abstract
Un sistema microelectromecánico que se troquela 12 incluye un sustrato conductor térmico 16 que incluye una superficie exterior, una pluralidad de estructuras de detección de baja masa 18 dispuestas dentro del sustrato conductor térmico 16 para formar una pluralidad de espacios entre estructuras 20 entre ellos, cada una de la pluralidad de estructuras de detección de baja masa 18 incluye una superficie superior proximal de la estructura de detección 22, una superficie superior distal de la estructura de detección 24 y una dimensión de ancho de la estructura de detección 26. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dado de SMEM con estructuras sensibles
La presente invención está relacionada con un dado de sistema microelectromecánico. También se divulga un paquete de detector de gas que incluye El dado de sistema microelectromecánico.
Generalmente, los dispositivos de detector de gas se construyen sobre un sustrato, a menudo hecho de cerámica. Un material quimiorresistivo (es decir, un elemento sensible) se dispone sobre el sustrato y en gran medida se aísla térmicamente de sus alrededores. El detector de gas puede tener un método para calentar y sentir la temperatura en el elemento sensible en la superficie del sustrato que conecta dos terminales conductores. En funcionamiento a una temperatura apropiada y en circunstancias normales, el elemento sensible tiene generalmente una resistencia eléctrica elevada; sin embargo, cuando se expone a un gas específico, el elemento sensor experimenta una caída en la resistencia de varios órdenes de magnitud. Esto puede usarse para detectar la presencia de un gas en diferentes aplicaciones.
La detección de gases quimiorresistivos es generalmente un fenómeno superficial. Como tal, la mayoría de los dispositivos de detector de gas quimiorresistentes presentan una única película quimiorresistente de superficie plana dispuesta entre dos electrodos. Como resultado, el tamaño del sustrato y otras consideraciones de diseño limitan la cantidad de área superficial para el elemento sensible.
En consecuencia, existe una necesidad de mejoras en los detectores de gas quimiorresistivos para aumentar el área superficial del elemento sensor sin aumentar el tamaño del sustrato y mejorar el rendimiento de un detector de gas.
En un aspecto de la invención se proporciona un dado de sistema microelectromecánico. El dado de sistema microelectromecánico incluye un sustrato térmicamente conductor que incluye una superficie exterior, en donde la superficie exterior se extiende alrededor de un perímetro del sustrato térmicamente conductor; una pluralidad de estructuras sensibles de baja masa dispuestas dentro del sustrato térmicamente conductor para formar una pluralidad de espacios entre estructuras entre cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa que permiten que un gas pretendido fluya a través de ellas, cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa incluye una superficie superior proximal de estructura sensible en un extremo de la estructura sensible, una superficie superior distal de la estructura sensible en el otro extremo de la estructura sensible, y una dimensión de anchura de la estructura sensible; un material de sensor dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa, estando configurado el material de sensor para detectar el gas pretendido mediante pruebas de gas quimiorresistivas; un primer electrodo y un segundo electrodo, cada uno de ellos dispuesto sobre el material de sensor; que comprende además un aparato de calentamiento dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa; y un recubrimiento de sacrificio dispuesto sobre al menos una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa, en donde el recubrimiento de sacrificio se dispone sobre el material de sensor, y en donde el recubrimiento de sacrificio se configura para ser retirado por el aparato de calentamiento.
El sustrato térmicamente conductor puede componerse de silicio.
El primer electrodo puede disponerse sobre el material de sensor en la superficie superior proximal de estructura sensible, y el segundo electrodo puede disponerse sobre el material de sensor en la superficie superior distal de la estructura sensible.
Puede disponerse al menos una película dieléctrica sobre el sustrato térmicamente conductor. Al menos una abertura puede disponerse dentro de al menos una película dieléctrica.
El dado incluye además una pluralidad de intercambiadores de calor pasivos, cada uno de los cuales puede acoplarse operativamente a una plaquita de unión, en donde cada plaquita de unión se dispone en cada una de la al menos una estructura sensible. La plaquita de unión puede acoplarse operativamente a al menos uno de al menos un electrodo y al aparato de calentamiento.
El dado puede incluir además al menos un canal dispuesto dentro del sustrato térmicamente conductor, en donde el al menos un canal se extiende desde la superficie exterior hasta al menos uno de la pluralidad de espacios entre estructuras. Se puede disponer una cavidad dentro del sustrato térmicamente conductor, estando dispuesta la cavidad debajo de cada una de la pluralidad de estructuras sensibles, y en comunicación de flujo con al menos un canal.
El dado incluye además un recubrimiento de sacrificio dispuesto en al menos una de la pluralidad de estructuras sensibles, en donde el recubrimiento de sacrificio se dispone sobre el material de sensor. El recubrimiento de sacrificio se configura para ser eliminado por el aparato de calentamiento. El recubrimiento de sacrificio puede componerse de al menos uno de un material orgánico y un material plástico.
Vista desde otro aspecto, la invención proporciona un paquete de detector de gas que incluye un dado de sistema microelectromecánico como se ha discutido anteriormente en relación con un aspecto de sus características opcionales. El paquete de detector de gas puede incluir un dado de sistema microelectromecánico que incluye un sustrato térmicamente conductor, y una pluralidad de estructuras sensibles dispuestas dentro del sustrato térmicamente conductor, incluyendo la pluralidad de estructuras sensibles una superficie superior proximal de estructura sensible, una superficie superior distal de la estructura sensible, y una dimensión de anchura de la estructura sensible. En cualquier realización del paquete, la pluralidad de estructuras sensibles incluyen una dimensión de anchura de estructura sensible diferente. El sustrato térmicamente conductor puede componerse de silicio.
El paquete incluye además un material de sensor dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles. El paquete puede incluir además un primer electrodo dispuesto sobre el material de sensor en la superficie superior proximal de estructura sensible, y un segundo electrodo dispuesto sobre el material de sensor en la superficie superior distal de la estructura sensible.
El paquete incluye además un aparato de calentamiento dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles. Puede disponerse al menos una película dieléctrica sobre el sustrato térmicamente conductor. Al menos una abertura puede disponerse dentro de al menos una película dieléctrica.
El paquete puede incluir además una pluralidad de intercambiadores de calor pasivos, cada uno acoplado operativamente a una plaquita de unión, en donde cada plaquita de unión se dispone en cada una de la al menos una estructura sensible de masa baja. La plaquita de unión puede acoplarse operativamente a al menos uno de al menos un electrodo y al aparato de calentamiento.
El paquete puede incluir además al menos un canal dispuesto dentro del sustrato térmicamente conductor, en donde el al menos un canal se extiende desde la superficie exterior hasta al menos uno de la pluralidad de espacios entre estructuras. Se puede disponer una cavidad dentro del sustrato térmicamente conductor, estando dispuesta la cavidad debajo de cada una de la pluralidad de estructuras sensibles, y en comunicación de flujo con al menos un canal.
El paquete incluye además un recubrimiento de sacrificio dispuesto en al menos una de la pluralidad de estructuras sensibles, en donde el recubrimiento de sacrificio se dispone sobre el material de sensor. El recubrimiento de sacrificio se configura para ser eliminado por el aparato de calentamiento. El recubrimiento de sacrificio puede componerse de al menos uno de un material orgánico y un material plástico.
Ciertas realizaciones preferidas de la presente invención se describirán ahora a modo de ejemplo únicamente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la FIG. 1 ilustra un dibujo esquemático del sensor de detector de gas;
la FIG. 2 ilustra una vista en perspectiva de un dado de sistema microelectromecánico;
la FIG. 3 ilustra un dibujo en perspectiva de un sensor de detector de gas;
la FIG. 4 ilustra una vista en sección transversal de un dado de sistema microelectromecánico;
la FIG. 5 ilustra una vista en sección transversal de un dado de sistema microelectromecánico;
la FIG. 6 ilustra una vista en sección transversal de un dado de sistema microelectromecánico;
la FIG. 7 ilustra una vista en sección transversal de un dado de sistema microelectromecánico; y la FIG. 8 ilustra una vista en sección transversal de una estructura sensible dentro de un dado de sistema microelectromecánico.
Con el fin de promover un entendimiento de los principios de la presente divulgación, se hará referencia a continuación a las realizaciones preferidas ilustradas en los dibujos y se utilizará un lenguaje específico para describirlos. Sin embargo, se entenderá que con ello no se pretende limitar el alcance de la divulgación. La FIG. 1 ilustra una realización preferida de un dispositivo de detector de gas, indicado generalmente en 10. El dispositivo de detector de gas 10 incluye un dado de sistema microelectromecánico (SMEM) 12. Con referencia a la FIG. 2, el dado de SMEM 12 incluye un sustrato térmicamente conductor 16. En una realización preferida, el sustrato térmicamente conductor 16 se compone de silicio.
El dado de SMEM 12 incluye además una pluralidad de estructuras sensibles de masa baja 18 dispuestas dentro del sustrato térmicamente conductor 16. La pluralidad de estructuras sensibles de masa baja 18 se forman creando una pluralidad de espacios entre estructuras 20 dentro del sustrato térmicamente conductor 16. Cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa 18 incluye una superficie superior proximal de estructura sensible 22, una superficie superior distal de estructura sensible 24 y una dimensión de anchura de estructura sensible de baja masa 26. En una realización preferida, al menos dos de la pluralidad de estructuras sensibles de masa baja 18 incluyen una dimensión de anchura de estructura sensible diferente 26.
Se apreciará que las estructuras sensibles de masa baja 18 pueden tener cualquier longitud, anchura, tamaño y forma, y geometrías de sección transversal, incluidas rectas o plegadas, y se anticipa en la presente divulgación. Se apreciará además que las estructuras sensibles de masa baja 18 pueden colocarse en cualquier orientación dentro del sustrato térmicamente conductor 16, incluidos orígenes e inserciones en cualquier pared lateral del sustrato térmicamente conductor 16.
Una realización preferida puede tener múltiples conexiones de una estructura sensible de masa baja 18 al sustrato térmicamente conductor 16. En algunas realizaciones, las estructuras sensibles de masa baja 18 pueden estar interdigitadas. En una realización preferida, las estructuras sensibles de masa baja 18 pueden separarse por espacios entre estructuras 20 de dimensiones iguales, desiguales o variables. En una realización preferida, las estructuras sensibles de masa baja 18 pueden separarse por una combinación de espacios entre estructuras 20 y/o uno o más espaciadores (no mostrados). Se apreciará que uno o más espaciadores pueden componerse por estructuras sensibles de baja masa 18 funcionales o no funcionales. El dado de SMEM 12 incluye además material de sensor 28 (véanse las Figuras 7-8) dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa 18. El material de sensor 28 se configura para detectar la presencia de un gas pretendido cuando pasa sobre el material de sensor 28 y entre la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa 18 a través de los espacios entre estructuras 20. Se apreciará que el material de sensor 28 puede disponerse en cualquier lado o en todos los lados de las estructuras sensibles de masa baja 18.
El dado de SMEM 12 incluye además al menos un electrodo 30 dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa 18. En una realización preferida, el al menos un electrodo 30 incluye un primer electrodo 30A dispuesto sobre el material de sensor 28 en la superficie superior proximal de estructura sensible 22, y un segundo electrodo 30B dispuesto sobre el material de sensor 28 en la superficie superior distal de estructura sensible 24. El al menos un electrodo 30 se configura para enviar una señal eléctrica a través del material de sensor 28 dispuesto en cada una de las estructuras sensibles de baja masa 18. Se apreciará que al menos un electrodo 30 puede componerse de oro o aluminio, por nombrar un par de ejemplos no limitantes.
El dado de SMEM 12 incluye además un aparato de calentamiento 32 dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa 18. Cada aparato de calentamiento 32 se configura para funcionar como una placa caliente que puede controlar independientemente la temperatura del material de sensor 28 en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa 18 aplicando una corriente a través del aparato de calentamiento 32 para permitir la detección independiente de diferentes gases al mismo tiempo. Cada uno de los aparatos de calentamiento 32 puede utilizarse para mantener una temperatura constante o para controlar una temperatura variable en el tiempo predeterminada en cada una de las estructuras sensibles de baja masa 18, independientemente de cualquier otra estructura sensible de baja masa 18, en cualquier entorno. Además, cada uno de los aparatos de calentamiento 32 puede usarse para monitorizar la temperatura del material de sensor 28. En una realización, cada aparato de calentamiento 32 puede configurarse para mantener una estructura sensible de masa baja 18 a una temperatura constante. En otra realización, cada aparato de calentamiento 32 también puede configurarse para provocar que una estructura sensible de masa baja 18 realice un ciclo a través de un intervalo ventajoso de temperaturas. En otra realización, un aparato de calentamiento 32 puede configurarse para mantener al menos una estructura sensible de masa baja 18 a una temperatura fija, mientras que otro aparato de calentamiento 32 puede configurarse para variar la temperatura de una estructura sensible de baja masa 18 diferente.
En una realización preferida, como se muestra en la Figura 2, el contacto (es decir, la plaquita de unión 38) con el aparato de calentamiento 32 se dispone entre la conexión de la estructura sensible de baja masa 18 al sustrato térmicamente conductor 16 y al menos un electrodo 30 en ambos los extremos proximal y distal de la estructura sensible de masa baja 18. En una realización preferida, el contacto (es decir, la plaquita de unión 38) con el aparato de calentamiento 32 se dispone entre al menos un electrodo 30 y el material de sensor 28 en los extremos proximal y distal de la estructura sensible de baja masa 18, aislando térmicamente de manera efectiva la estructura sensible de baja masa 18 de todas las demás estructuras del dispositivo SMEM, incluido el sustrato térmicamente conductor 16, el al menos un electrodo 30 y al menos un intercambiador de calor pasivo 36 (como se describe más adelante en esta memoria), que se acoplan operativamente a plaquitas de unión 38. Se apreciará que el aparato de calentamiento 32 puede componerse de platino y níquel, por nombrar un par de ejemplos no limitantes, y contener un recubrimiento de prevención de corrosión. También se apreciará que el aparato de calentamiento 32 puede disponerse en gran medida debajo de al menos un electrodo 30 y el material de sensor 28.
En una realización preferida, como se muestra en las FIGs. 3-5, El dado de SMEM 12 incluye además al menos un canal 21 dispuesto dentro del sustrato térmicamente conductor 16. El al menos un canal 21 se extiende desde una superficie exterior 17 del sustrato térmicamente conductor 16 hacia los espacios entre estructuras 20. En otra realización, como se muestra en la FIG. 4, una cavidad 19 está presente dentro del sustrato térmicamente conductor 16, y se ubica debajo de cada una de las estructuras sensibles de baja masa 18. Se puede acceder a la cavidad 19 a través de al menos un canal 21 formado dentro del sustrato térmicamente conductor 16 a través del cual pueden pasar los gases.
En una realización preferida, el dado de SMEM 12 incluye al menos una película dieléctrica 34 (mostrada en las FIGs. 6-8) dispuesta sobre el sustrato térmicamente conductor 16. Por ejemplo, la al menos una película dieléctrica 34 puede incluir dos conjuntos de dos películas dieléctricas diferentes 34A, 34B, como se muestra en las FIGs. 6-8. Los dos conjuntos de dos películas dieléctricas 34A, 34B pueden depositarse en un orden: A, B, A. En las realizaciones mostradas en las FIGs. 6-8, las dos películas dieléctricas 34A, 34B pueden ser tales que las películas dieléctricas A se componen de nitruro de silicio y las películas dieléctricas B se componen de dióxido de silicio, por nombrar un par de ejemplos no limitantes.
Se apreciará que el aparato de calentamiento 32 puede disponerse sobre o entre cualquiera de al menos una película dieléctrica 34, o sobre una superficie inferior del sustrato térmicamente conductor 16. Puede apreciarse además que el aparato de calentamiento 32 puede estar rodeado por combinaciones de al menos una película dieléctrica 34. Cerrar el aparato de calentamiento 32 puede evitar la electromigración o corrosión del material del aparato de calentamiento 32. Por ejemplo, encerrar el aparato de calentamiento 32 con una película de dióxido de silicio también puede evitar la formación de siliciuro.
También se apreciará que puede depositarse al menos una película dieléctrica 34 antes de la formación de al menos un electrodo 30 y del aparato de calentamiento 32, y que un segundo conjunto de película dieléctrica 34 puede depositarse después de que al menos un electrodo 30 y el aparato de calentamiento 32 se han formado para encerrar partes de cada uno de al menos un electrodo 30 y el aparato de calentamiento 32. En otra realización, el dado de SMEM 12 incluye además una pluralidad de intercambiadores de calor pasivos 36, cada uno de ellos acoplado operativamente a una plaquita de unión 38. Cada plaquita de unión 38 se dispone en cada una de al menos una estructura sensible 18. En una realización, la plaquita de unión 38 se acopla operativamente al por lo menos un electrodo 30 y al aparato de calentamiento 32. Por ejemplo, cada uno de la pluralidad de intercambiadores de calor pasivos 36 puede ser una conexión por hilo configurada para proporcionar un medio de conexión de entrada y salida eléctrica a al menos el al menos un electrodo 30 y el aparato de calentamiento 32.
Se apreciará que cada uno de la pluralidad de intercambiadores de calor pasivos 36 se puede acoplar a cada plaquita de unión 38 mediante cualquier medio conocido en la técnica, por ejemplo conexión por hilo, unión por lámina, bulto y chip invertido, por nombrar algunos ejemplos no limitantes. También se apreciará que cada uno de la pluralidad de intercambiadores de calor pasivos 36 es parte de un esquema de aislamiento térmico para intercambiar calor entre el dado de SMEM 12 y un paquete/entorno detector de gas, e incluye diámetros pequeños y longitudes largas para reducir la velocidad a la que se transfiere calor.
En algunas realizaciones, la pluralidad de intercambiadores de calor pasivos 36 se acoplan para colocar el dado de SMEM 12 en una configuración de dado de araña (es decir, dado flotante); sin embargo, se apreciará que el material de sensor 28 en el dado de SMEM 12 puede aislarse de manera sustancialmente térmica de su montaje mediante varias configuraciones, tales como una membrana que aísla una masa central calentada, correas que aíslan una masa central calentada, un diafragma o diafragma perforado que aísla una masa central, un montaje en voladizo, etc., por citar algunos ejemplos no limitativos. Se apreciará además que el dado de SMEM 12 puede montarse en paquetes de plástico, cerámica o TO, por nombrar algunos ejemplos no limitantes.
En una realización preferida, el dado de SMEM 12 incluye además al menos una abertura 40 dispuesta dentro de al menos una película dieléctrica 34. La al menos una abertura 40 forma un punto de contacto con el sustrato térmicamente conductor 16, y se configura para proporcionar una verificación de resistencia de aislamiento de la al menos una película dieléctrica 34, y permite la prueba y el diagnóstico del dado de SMEM 12. En una realización preferida, dentro de la abertura 40 se puede disponer un intercambiador de calor pasivo 36 acoplado operativamente a una plaquita de unión 38. Por ejemplo, los intercambiadores de calor pasivos 36 pueden ser una conexión por hilo configurada para proporcionar un medio de conexión de entrada y salida eléctrica a la abertura 40.
Según la invención, como se muestra en la FIG. 8, el dado de SMEM 12 incluye además un recubrimiento de sacrificio 42 dispuesto en al menos una de las estructuras sensibles de masa baja 18. En una realización preferida, el recubrimiento de sacrificio 42 se compone por al menos uno de un material orgánico y un material plástico. Se apreciará que se pueden usar otros materiales para el recubrimiento de sacrificio 42. El recubrimiento de sacrificio 42 se configura para reducir una reacción química con las estructuras sensibles de masa baja 18 para aumentar la longevidad de los dados de SMEm 12 eliminando el recubrimiento de sacrificio 42 solo cuando sea necesario. El recubrimiento de sacrificio 42 se puede eliminar haciendo funcionar el aparato de calentamiento 32 a una temperatura para quemar el recubrimiento de sacrificio 42.
Por lo tanto, se apreciará que las realizaciones actualmente preferidas incluyen un dado de SMEM 12 que incluye una pluralidad de estructuras sensibles de masa baja 18 dispuestas dentro de un sustrato térmicamente conductor 16. La pluralidad de estructuras sensibles de masa baja 18 de cualquier tamaño y forma ventajosos incluye espacios entre estructuras 20 de cualquier forma ventajosa para mejorar la detección de gases a medida que fluyen a través del dado de SMEM 12.
si bien la presente divulgación se ha ilustrado y descrito de forma detallada en las figuras y la descripción que antecede, esto debe considerarse de carácter ilustrativo y no restrictivo, se debe entender que solo se han mostrado y descrito ciertas realizaciones preferidas y se desea proteger todos los cambios y modificaciones dentro del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones.
Claims (9)
1. Un dado de sistema microelectromecánico (12) que comprende:
un sustrato térmicamente conductor (16) que incluye una superficie exterior, en donde la superficie exterior se extiende alrededor de un perímetro del sustrato térmicamente conductor;
una pluralidad de estructuras sensibles de baja masa (18) dispuestas dentro del sustrato térmicamente conductor para formar una pluralidad de espacios entre estructuras entre cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa que permiten que un gas pretendido fluya a través de las mismas, cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa incluye una superficie superior proximal de estructura sensible (22) en un extremo de la estructura sensible, una superficie superior distal de estructura sensible (24) en el otro extremo de la estructura sensible y una dimensión de anchura de estructura sensible (26);
un material de sensor (28) dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa, estando configurado el material de sensor para detectar el gas pretendido mediante pruebas de gas quimiorresistivas;
un primer electrodo (30a) y un segundo electrodo (30b), cada uno de ellos dispuesto sobre el material de sensor (28);
que comprende además un aparato de calentamiento (32) dispuesto en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa; y caracterizado porque el dado de sistema microelectromecánico comprende:
un recubrimiento de sacrificio (42) dispuesto sobre al menos una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa (18), en donde el recubrimiento de sacrificio (42) se dispone sobre el material de sensor, y en donde el recubrimiento de sacrificio (42) se configura para ser eliminado por el aparato de calentamiento (32).
2. El dado de sistema microelectromecánico de la reivindicación 1, en donde el primer electrodo (30A) se dispone sobre el material de sensor en la superficie superior proximal de estructura sensible (22), y un segundo electrodo (30B) se dispone sobre el material de sensor en la superficie superior distal de estructura sensible (24).
3. El dado de sistema microelectromecánico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada aparato de calentamiento (32) se dispone debajo del material de sensor en cada una de la pluralidad de estructuras sensibles de baja masa.
4. El dado de sistema microelectromecánico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos una película dieléctrica (34A, 34B) dispuesta sobre el sustrato térmicamente conductor.
5. El dado de sistema microelectromecánico de la reivindicación 4, que comprenden además al menos una abertura (40) dispuesta dentro de al menos una película dieléctrica.
6. El dado de sistema microelectromecánico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores comprenden además al menos un canal (21) dispuesto dentro del sustrato térmicamente conductor, en donde la superficie exterior se extiende alrededor de un perímetro del sustrato térmicamente conductor y al menos un canal se extiende desde la superficie exterior en al menos uno de la pluralidad de espacios entre estructuras.
7. El dado de sistema microelectromecánico de la reivindicación 6, que comprenden además una cavidad (19) dispuesta dentro del sustrato térmicamente conductor, la cavidad dispuesta debajo de cada una de la pluralidad de estructuras sensibles, y en comunicación de flujo con al menos un canal.
8. El dado de sistema microelectromecánico de la reivindicación 1, en donde el recubrimiento de sacrificio se compone por al menos uno de un material orgánico y un material plástico.
9. Un paquete de detector de gas que comprende un dado de sistema microelectromecánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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Family Cites Families (28)
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|---|---|---|---|---|
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| WO1999036941A2 (en) | 1998-01-15 | 1999-07-22 | Cornell Research Foundation, Inc. | Trench isolation for micromechanical devices |
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| US6533554B1 (en) * | 1999-11-01 | 2003-03-18 | University Of Southern California | Thermal transpiration pump |
| US6593163B1 (en) | 2000-04-05 | 2003-07-15 | Seagate Technology | Double-sided trench fill for electrical isolation of microelectromechanical system structures |
| DE10130379A1 (de) | 2001-06-23 | 2003-01-02 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanischer Massenflusssensor und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP3755460B2 (ja) | 2001-12-26 | 2006-03-15 | ソニー株式会社 | 静電駆動型ｍｅｍｓ素子とその製造方法、光学ｍｅｍｓ素子、光変調素子、ｇｌｖデバイス、レーザディスプレイ、及びｍｅｍｓ装置 |
| AU2003255254A1 (en) * | 2002-08-08 | 2004-02-25 | Glenn J. Leedy | Vertical system integration |
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| US7109055B2 (en) * | 2005-01-20 | 2006-09-19 | Freescale Semiconductor, Inc. | Methods and apparatus having wafer level chip scale package for sensing elements |
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| US8168053B2 (en) * | 2006-01-23 | 2012-05-01 | Denso Corporation | Gas sensing member used for gas sensor and method of manufacturing the member |
| JP4928865B2 (ja) * | 2006-08-11 | 2012-05-09 | 株式会社アツミテック | 水素ガス濃度センサ及び水素ガス濃度測定装置 |
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| KR101094870B1 (ko) | 2008-12-17 | 2011-12-15 | 한국전자통신연구원 | 습도 센서 및 이의 제조 방법 |
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| JP2011033592A (ja) * | 2009-08-06 | 2011-02-17 | Hitachi Metals Ltd | ガス計測基板ユニット及びガス計測システム並びにガス計測基板ユニットの製造方法 |
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| JP5206826B2 (ja) | 2011-03-04 | 2013-06-12 | 株式会社デンソー | 領域分割基板およびそれを用いた半導体装置ならびにそれらの製造方法 |
| CN102269724B (zh) | 2011-06-23 | 2012-11-28 | 西安交通大学 | 半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法 |
| CN102636544A (zh) | 2012-04-23 | 2012-08-15 | 电子科技大学 | 一种多层薄膜otft甲醛气体传感器及其制作方法 |
| US9791403B2 (en) * | 2012-10-05 | 2017-10-17 | The Regents Of The University Of California | Nanoparticle-based gas sensors and methods of using the same |
| US20140260546A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Odosodo, Inc. | Combinational Array Gas Sensor |
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