[發明專利]一體化氫氣傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201711146853.6
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107991351B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 劉又清;金忠;謝鋒;何迎輝;曹勇全
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;廖元寶

本發明公開了一種一體化氫氣傳感器，包括氫敏薄膜芯片、恒溫控制電路和信號處理電路，所述氫敏薄膜芯片、恒溫控制電路和信號處理電路集成在同一基片上。本發明還公開了一種一體化氫氣傳感器的制作方法，包括步驟：S01、在基片上燒印連線、隔離層、電阻及焊盤；S02、將恒溫控制電路、信號處理電路中的半導體芯片和氫敏薄膜芯片粘貼在基片預留位置；S03、將芯片焊盤和基片焊盤對應位置進行焊接引線；S04、將恒溫控制電路、信號處理電路中的電容焊接在指定的位置上；S05、調試，調整各電阻和電容的參數；S06、進行性能測試，在氫敏薄膜芯片處粘貼導氣管。本發明的一體化氫氣傳感器及其制作方法具有體積小、成本低、可靠性高等優點。

技術領域

本發明主要涉及氫氣檢測技術領域，特指一種一體化氫氣傳感器及其制作方法。

背景技術

根據工作原理的不同，氫氣傳感器可分為催化燃燒型、熱導型、電化學、電阻型以及功能函數型等幾種市場化應用的產品類型。但是，伴隨著氫能源技術的發展，傳統的氫氣傳感器技術已經很難適應目前和未來氫氣測量的需要，對包括選擇性、環境適應性、壽命、響應時間、穩定性、功耗等技術性能提出了更高的要求。相比其它原理的氫氣傳感器，被稱為第三代傳感器的電阻型薄膜氫氣傳感器具有精度高、響應時間短、壽命長、環境適應性強、氫氣專一性好等優點，占據目前氫氣傳感器的高端市場，主要應用在武器裝備、核電站、石油、化工及電力等相關領域。

鈀合金薄膜電阻型氫氣傳感器是目前技術最為成熟的一種電阻型薄膜氫氣傳感器，其原理是利用鈀薄膜對氫氣的催化分解作用，使得氫氣分子分解為氫原子，擴散溶解至鈀薄膜晶格中，造成鈀薄膜電阻率的改變，通過檢測薄膜電阻的變化即可達到檢測氫氣濃度的目的。但是鈀合金電阻阻值隨溫度增加明顯增大，要使氫氣傳感器可靠穩定工作，需對氫敏電阻11進行溫度控制或者補償，消除環境溫度變化對氫氣傳感器精度的影響。目前主流的做法都是對氫氣敏感芯片進行溫度控制，如專利CN1947007薄膜氣體傳感器結構中芯片包含氣體感測電阻、溫度感測電阻、加熱電阻；專利CN 105388937A一種用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置中包括敏感探頭、控制盒、環境溫度檢測組件等模塊，均需對傳感器采用恒溫控制技術。其中CN 1947007中結構只包含氫氣傳感器芯片結構，實際應用還需要將其封裝成探頭，并配備復雜的傳感器電路控制盒，如H2SCAN公司的MODEL系列產品，其電路盒最小尺寸均已經達到23.1mm*8.6mm*3.6mm，還不包括探頭尺寸；而CN 105388937A明確指出產品包括探頭、控制盒等部分，尺寸也會較大。也就是說，目前均采用將敏感芯片封裝成探頭然后配備專用的電路盒的形式，探頭和電路盒采用電連接器或者電纜連接，從而導致存在以下問題：

1、敏感芯片探頭和專用的電路盒相互獨立、尺寸無法縮小；

2、敏感芯片探頭和電路盒通過電連接器及電纜連接，可靠性低、抗干擾能力差；

3、整體產品封裝、生產、調試工藝復雜，成本高；

4、抗振動、耐高溫等環境適應性差。

隨著氫能源汽車技術的日漸成熟，其對氫氣傳感器的尺寸、可靠性、成本等提出更加苛刻的要求，現有技術無法滿足氫能源汽車中對氫氣傳感器的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種體積小、成本低、可靠性高的一體化氫氣傳感器，并相應提供一種封裝、生產調試簡單的一體化氫氣傳感器制作方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種一體化氫氣傳感器，包括氫敏薄膜芯片、恒溫控制電路和信號處理電路，所述氫敏薄膜芯片、恒溫控制電路和信號處理電路集成在同一基片上。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述基片為Al₂O₃陶瓷基片。